Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
VD rappor t
Standardiserte hule pelspisser for staringlroslashrspelStatus FOU-prosjekt juni 2011
Nr 34Vegdirektoratet
VegdirektoratetTrafikksikkerhet miljoslash- og teknologiavdelingen
Geoteknikk og skredJuni 2011
VD rapport VD report
Standardiserte hule pelspisser for staringlroslashr-spel
Oslo spiss staringlroslashrspel pelspiss sveising fullskalaforsoslashk dynamisk beregning stoslasht-boslashlge rammespenning diskontinuitet
Oslo point steel pipe pile pile shoe weld-ing full scal test dynamic calculation sress wave driving stress discontinuity
Statens vegvesen er blant de stoslashrste byggherrene i Norge som fundamenterer konstruksjoner paring staringlroslashrspeler Ettersom bergspissene er kostbare og viktig for pel-ens baeligreevne har Statens vegvesen startet FOU-prosjektet Dette i haringp om aring kunne redusere pris redusere antall vrakpeler og oslashke kunnskapen om problemstillinger knyt-tet til bergspissene og oppnaring en optimalis-ert dimensjonering med sikte paring standardi-serte spisser som kan anvendes i de fleste tilfeller Dette paringgaringende FOU-prosjektet har skjedd i samarbeid med Aas-Jakobsen Geovita og Ruukki NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk har gjennomfoslashrt to mastergradsoppgaver i FOU-prosjektet Fullskalaforsoslashket som omtales i denne rap-port er foreloslashpig det siste i dette paringgaringende FOU-prosjektet og det er en del av en masteroppgave til Svein Joslashrgensen Tveito NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i varingren 2010
The Norwegian Public Roads Administra-tion is among the largest clients in Nor-way who have structures founded on steel pipe piles Since the pile shoes are expensive and important part of the steel pipe piles on rock the Norwegian Public Roads Administration has started this RampD project This ongoing RampD Project with the purpose of standardizing the pile shoes for steel pipe piles aims to increase the knowledge related to steel pipe pile shoes on rock and optimise the design in order to standardize the dimensions This ongo-ing RampD Project is carried out in collabora-tion with the Norwegian CE consultants Aas-Jacobsen Geovita and the Finnish steel supplier Ruukki In collaboration with NTNU Department of Structural Engineer-ing two master projects were conducted The full-scale experiment in this report is the current stage of this RampD project and is part of the master thesis by Sveinung Joslashrgensen Tveitoat NTNU spring 2010
Standardized pile shoes on steel pipe piles
Grete Tvedt og Tewodros Tefera Grete Tvedt and Tewodros Tefera
Trafikksikkerhet miljoslash- og teknologiavde-lingen
Traffic safety environment and technology
601863 601863
Nr 34 No 34
Grete Tvedt Grete Tvedt
Geoteknikk og skred Geotechnical
108 108
Juni 2011 June 2011
Tittel Title
AuthorForfatter
Avdeling Department
Prosjektnummer Project number
Rapportnummer Report number
Prosjektleder Project manager
Seksjon Section
Emneord Key words
Sammendrag Summary
Antall sider
Dato
Pages
Date
Status FOU-prosjekt juni 2011 Status of RampD project June 2011SubtitleUndertittel
Frode Oset og Eldar Hoslashysaeligter Frode Oset and Eldar HoslashysaeligterGodkjent av Approved by
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 3
Innholdsfortegnelse versjon 0 Symboler og betegnelser 4 1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet5 2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point) 5 3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen 7
31 Forutsetninger for beregningene 7 32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr 8 33 Dimensjonering av emnesroslashr 9 34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr) 10
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss11 41 Stoslashtboslashlgeteori 11 42 Vurdering av dynamisk last under ramming 15 43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling 16 44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen 18
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg 20 51 Forsoslashkssted og involverte firma 20 52 Type spisser 22 53 Instrumentering 25 54 Utfoslashrelse 25 55 Resultater fullskalaforsoslashk 26 56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk 40
6 Teoretisk beregning med elementmetoden 41 61 Materialmodeller 41 62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket 44
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser 50 8 Oppsummering av alle forsoslashk 58
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer 58 82 Dynamisk forsterkningsfaktor 59 83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming 62
9 Konklusjoner og anbefalinger 63 91 Forslag til endringer i Peleveiledningen 65 92 Peleavstand 66
10 Forslag til videre arbeid66 101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm 66
1011 Parameterstudie i Abaqus 66 1012 Sveisenes a-maringl 66 1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen 67 1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate 67
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen 67 103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss 68
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere 68 11 Referanser68
Vedlegg
A PDA rapport B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 4
0 Symboler og betegnelser Symbol Forklaring A Areal c Enaksiell boslashlgehastighet (for staringl er c = 5172 ms) d Dybeldiamater di Spissens emnesroslashrets innvendige diameter dy Spissens emnesroslashrets utvendige diameter D Pelens diameter E Elastististetsmodul (for staringl E = 210 000 Nmm2) fo Impedanskonstant fa Reduksjonsfaktor fdi Diskontinuitetsfaktor for initial boslashlge fdr Diskontinuitetsfaktor for reflektert boslashlge fu Bruddspenning fy Flytespenning fw Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger Fd Dimensjonerende lastvirkning g gravitasjon h Fallhoslashyde L Samlet lengde spisskonstruksjon Nd Dimensjonerende tverrsnittskapasitet Nd
korrodert Dimensjonerende tverrsnittskapasitet redusert pga korrodsjon Nγ
RAMMING Dynamisk kraft (last) Ni Installert tverrsnittskapasitet R Lengde stoslashtteribber Rck Karakteristisk baeligreevne t Tykkelse v hastighet S Fri lengde pelespiss tr Tykkelse stoslashtteribber T Tykkelse bunnplate W Motstandsmoment Z Akustisk impedans Oslash Pelens diameter γt Partialfaktor for total motstand paring en pel γm Materialfaktor ρ Densitet (for staringl er ρ = 7850 kgm3) dr Dynamisk spenning o Frontspenning (stoslashtboslashlgeteori) max Maksimal spenning ved stoslashtboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 5
1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet
Statens vegvesen har for tiden et FOU-prosjekt under arbeid angaringende staringlroslashrspeler med hule bergspisser rammet mot berg Denne rapporten sammenfatter resultatene til naring med spesielt fokus paring de siste resultatene fra masteroppgaven til Sveinung Joslashrgensen Tveito utfoslashrt ved NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i 2010 Hensikten med FOU-prosjektet er aring faring en standardisert pelespiss for staringlroslashrspeler Staringlroslashrspelene blir stoslashrre og stoslashrre og det blir stadig hoslashyere laster per pel Vi oslashnsker aring verifisere at spissen taringler denne belastningen Det er krevende aring beregne den dynamiske belastningen spissen blir utsatt for og det gjoslashres derfor sjelden (aldri) Hvis en pel blir overbelastet under ramming og rammes til vrak er dette svaeligrt kostbart Oslashnske er derfor aring dimensjonere en standardisert robust spiss Paring denne maringten kan en faring en oslashkonomisk gevinst ved rdquomasseproduksjonrdquo av samme type spiss og forharingpentligvis unngaring vrakpeler grunnet at pelespissen er underdimensjonert FOU-prosjektet kan deles i flere faser og i tidligere faser er pelespissen beregnet paring ulike metoder
Fase 1 Beregning etter empiriske modeller i Peleveiledningen 2005 og 1991 [2] og [3] Beregningene ble utfoslashrt av Geovita i 20072008 [1]
Fase 2 Statisk beregning i elementprogrammet Ansys Beregningene ble utfoslashrt av Aas-Jakobsen i 20072008 [1]
Fase 3 Dynamisk beregning i Abaqus Beregninger utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Andreas K Forseth i 2009 [4] og Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 4 Fullskalaforsoslashk og laboratorieforsoslashk ble utfoslashrt av SVV i samarbeidet med RUUKKI og NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 5 Etterberegning av fullskalaforsoslashk delvis utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point)
I 1957 utga L Bjerrum NGI publikasjon nr 23 [7] Den handlet om norske erfaringer med staringlpeler til berg Han oppsummerte 25 aringrs erfaring med staringlpeler til berg De foslashrste bygg i Oslo med fundamentering paring staringlpeler ble bygget rundt 1930 Allerede de foslashrste pelene som ble rammet i 1931 var forsynt med en spesielt utformet spiss som skulle hindre at pelen gled mot skraringtt berg Den endelige loslashsningen ble en spiss av rundstaringl der den nederste enden ble hulslipt Den skarpe kanten skulle paring denne maringten sikre hold i berget rett etter foslashrste bergkontakt Denne typen pelespiss er siden kalt Oslo-spiss Det var i foslashrste omgang H-bjelker og jernbaneskinner som ble brukt som peler Figur 2-1 a) viser godkjente spisser og som en ser er diameteren paring rundstaringlet mellom 70 mm og 100 mm Figur 2-1 b) viser et fullskalaforsoslashk der de rammet ned 4 peler og grov opp etterparing for aring vurdere penetreringen berg
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 6
For det harde berget spissene moslashtte i Oslo var en hulslipt (hollow ground) spiss best egnet Den hulslipte spissen tilsvarer det vi kaller spiss med konkav endeflate Oslospissene var massive staringlstenger og de spissene som var best i test var de der de nederste 100 mm (4 in) var herdet til mellom 400 og 600 Brinell Det er referert til Oslo point i en rekke senere internasjonale publikasjoner Forsoslashkene og analysene som er sammenfattet i NGI publ Nr 23 [7] er en videreutvikling av Oslospissen med aring lage den hul for montering av dybel
(a) H-peler med spiss godkjent av Oslo bygningraringd i 1957
(b) Spissbaeligring til tre pelespisser rammet ned og utgravd etterparing
Figur 2‐1 Eksempler paring bruk og forsoslashk med Oslo‐spissen fra 1957 [7]
I 1950 var maksimalt tillatt spenninger 100 kPa for peler kortere enn 12 -15 m For lengre peler var tillatt spenning lavere Siden den gang har lastene blitt stoslashrre og stoslashrre peledimensjonene har oslashkt tilsvarende Staringlmaterialene er forbedret og har faringtt hoslashyere bruddspenning Det er paring tide aring stoppe opp og dra nye erfaringer
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
VD rapport VD report
Standardiserte hule pelspisser for staringlroslashr-spel
Oslo spiss staringlroslashrspel pelspiss sveising fullskalaforsoslashk dynamisk beregning stoslasht-boslashlge rammespenning diskontinuitet
Oslo point steel pipe pile pile shoe weld-ing full scal test dynamic calculation sress wave driving stress discontinuity
Statens vegvesen er blant de stoslashrste byggherrene i Norge som fundamenterer konstruksjoner paring staringlroslashrspeler Ettersom bergspissene er kostbare og viktig for pel-ens baeligreevne har Statens vegvesen startet FOU-prosjektet Dette i haringp om aring kunne redusere pris redusere antall vrakpeler og oslashke kunnskapen om problemstillinger knyt-tet til bergspissene og oppnaring en optimalis-ert dimensjonering med sikte paring standardi-serte spisser som kan anvendes i de fleste tilfeller Dette paringgaringende FOU-prosjektet har skjedd i samarbeid med Aas-Jakobsen Geovita og Ruukki NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk har gjennomfoslashrt to mastergradsoppgaver i FOU-prosjektet Fullskalaforsoslashket som omtales i denne rap-port er foreloslashpig det siste i dette paringgaringende FOU-prosjektet og det er en del av en masteroppgave til Svein Joslashrgensen Tveito NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i varingren 2010
The Norwegian Public Roads Administra-tion is among the largest clients in Nor-way who have structures founded on steel pipe piles Since the pile shoes are expensive and important part of the steel pipe piles on rock the Norwegian Public Roads Administration has started this RampD project This ongoing RampD Project with the purpose of standardizing the pile shoes for steel pipe piles aims to increase the knowledge related to steel pipe pile shoes on rock and optimise the design in order to standardize the dimensions This ongo-ing RampD Project is carried out in collabora-tion with the Norwegian CE consultants Aas-Jacobsen Geovita and the Finnish steel supplier Ruukki In collaboration with NTNU Department of Structural Engineer-ing two master projects were conducted The full-scale experiment in this report is the current stage of this RampD project and is part of the master thesis by Sveinung Joslashrgensen Tveitoat NTNU spring 2010
Standardized pile shoes on steel pipe piles
Grete Tvedt og Tewodros Tefera Grete Tvedt and Tewodros Tefera
Trafikksikkerhet miljoslash- og teknologiavde-lingen
Traffic safety environment and technology
601863 601863
Nr 34 No 34
Grete Tvedt Grete Tvedt
Geoteknikk og skred Geotechnical
108 108
Juni 2011 June 2011
Tittel Title
AuthorForfatter
Avdeling Department
Prosjektnummer Project number
Rapportnummer Report number
Prosjektleder Project manager
Seksjon Section
Emneord Key words
Sammendrag Summary
Antall sider
Dato
Pages
Date
Status FOU-prosjekt juni 2011 Status of RampD project June 2011SubtitleUndertittel
Frode Oset og Eldar Hoslashysaeligter Frode Oset and Eldar HoslashysaeligterGodkjent av Approved by
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 3
Innholdsfortegnelse versjon 0 Symboler og betegnelser 4 1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet5 2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point) 5 3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen 7
31 Forutsetninger for beregningene 7 32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr 8 33 Dimensjonering av emnesroslashr 9 34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr) 10
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss11 41 Stoslashtboslashlgeteori 11 42 Vurdering av dynamisk last under ramming 15 43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling 16 44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen 18
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg 20 51 Forsoslashkssted og involverte firma 20 52 Type spisser 22 53 Instrumentering 25 54 Utfoslashrelse 25 55 Resultater fullskalaforsoslashk 26 56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk 40
6 Teoretisk beregning med elementmetoden 41 61 Materialmodeller 41 62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket 44
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser 50 8 Oppsummering av alle forsoslashk 58
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer 58 82 Dynamisk forsterkningsfaktor 59 83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming 62
9 Konklusjoner og anbefalinger 63 91 Forslag til endringer i Peleveiledningen 65 92 Peleavstand 66
10 Forslag til videre arbeid66 101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm 66
1011 Parameterstudie i Abaqus 66 1012 Sveisenes a-maringl 66 1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen 67 1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate 67
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen 67 103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss 68
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere 68 11 Referanser68
Vedlegg
A PDA rapport B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 4
0 Symboler og betegnelser Symbol Forklaring A Areal c Enaksiell boslashlgehastighet (for staringl er c = 5172 ms) d Dybeldiamater di Spissens emnesroslashrets innvendige diameter dy Spissens emnesroslashrets utvendige diameter D Pelens diameter E Elastististetsmodul (for staringl E = 210 000 Nmm2) fo Impedanskonstant fa Reduksjonsfaktor fdi Diskontinuitetsfaktor for initial boslashlge fdr Diskontinuitetsfaktor for reflektert boslashlge fu Bruddspenning fy Flytespenning fw Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger Fd Dimensjonerende lastvirkning g gravitasjon h Fallhoslashyde L Samlet lengde spisskonstruksjon Nd Dimensjonerende tverrsnittskapasitet Nd
korrodert Dimensjonerende tverrsnittskapasitet redusert pga korrodsjon Nγ
RAMMING Dynamisk kraft (last) Ni Installert tverrsnittskapasitet R Lengde stoslashtteribber Rck Karakteristisk baeligreevne t Tykkelse v hastighet S Fri lengde pelespiss tr Tykkelse stoslashtteribber T Tykkelse bunnplate W Motstandsmoment Z Akustisk impedans Oslash Pelens diameter γt Partialfaktor for total motstand paring en pel γm Materialfaktor ρ Densitet (for staringl er ρ = 7850 kgm3) dr Dynamisk spenning o Frontspenning (stoslashtboslashlgeteori) max Maksimal spenning ved stoslashtboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 5
1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet
Statens vegvesen har for tiden et FOU-prosjekt under arbeid angaringende staringlroslashrspeler med hule bergspisser rammet mot berg Denne rapporten sammenfatter resultatene til naring med spesielt fokus paring de siste resultatene fra masteroppgaven til Sveinung Joslashrgensen Tveito utfoslashrt ved NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i 2010 Hensikten med FOU-prosjektet er aring faring en standardisert pelespiss for staringlroslashrspeler Staringlroslashrspelene blir stoslashrre og stoslashrre og det blir stadig hoslashyere laster per pel Vi oslashnsker aring verifisere at spissen taringler denne belastningen Det er krevende aring beregne den dynamiske belastningen spissen blir utsatt for og det gjoslashres derfor sjelden (aldri) Hvis en pel blir overbelastet under ramming og rammes til vrak er dette svaeligrt kostbart Oslashnske er derfor aring dimensjonere en standardisert robust spiss Paring denne maringten kan en faring en oslashkonomisk gevinst ved rdquomasseproduksjonrdquo av samme type spiss og forharingpentligvis unngaring vrakpeler grunnet at pelespissen er underdimensjonert FOU-prosjektet kan deles i flere faser og i tidligere faser er pelespissen beregnet paring ulike metoder
Fase 1 Beregning etter empiriske modeller i Peleveiledningen 2005 og 1991 [2] og [3] Beregningene ble utfoslashrt av Geovita i 20072008 [1]
Fase 2 Statisk beregning i elementprogrammet Ansys Beregningene ble utfoslashrt av Aas-Jakobsen i 20072008 [1]
Fase 3 Dynamisk beregning i Abaqus Beregninger utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Andreas K Forseth i 2009 [4] og Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 4 Fullskalaforsoslashk og laboratorieforsoslashk ble utfoslashrt av SVV i samarbeidet med RUUKKI og NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 5 Etterberegning av fullskalaforsoslashk delvis utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point)
I 1957 utga L Bjerrum NGI publikasjon nr 23 [7] Den handlet om norske erfaringer med staringlpeler til berg Han oppsummerte 25 aringrs erfaring med staringlpeler til berg De foslashrste bygg i Oslo med fundamentering paring staringlpeler ble bygget rundt 1930 Allerede de foslashrste pelene som ble rammet i 1931 var forsynt med en spesielt utformet spiss som skulle hindre at pelen gled mot skraringtt berg Den endelige loslashsningen ble en spiss av rundstaringl der den nederste enden ble hulslipt Den skarpe kanten skulle paring denne maringten sikre hold i berget rett etter foslashrste bergkontakt Denne typen pelespiss er siden kalt Oslo-spiss Det var i foslashrste omgang H-bjelker og jernbaneskinner som ble brukt som peler Figur 2-1 a) viser godkjente spisser og som en ser er diameteren paring rundstaringlet mellom 70 mm og 100 mm Figur 2-1 b) viser et fullskalaforsoslashk der de rammet ned 4 peler og grov opp etterparing for aring vurdere penetreringen berg
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 6
For det harde berget spissene moslashtte i Oslo var en hulslipt (hollow ground) spiss best egnet Den hulslipte spissen tilsvarer det vi kaller spiss med konkav endeflate Oslospissene var massive staringlstenger og de spissene som var best i test var de der de nederste 100 mm (4 in) var herdet til mellom 400 og 600 Brinell Det er referert til Oslo point i en rekke senere internasjonale publikasjoner Forsoslashkene og analysene som er sammenfattet i NGI publ Nr 23 [7] er en videreutvikling av Oslospissen med aring lage den hul for montering av dybel
(a) H-peler med spiss godkjent av Oslo bygningraringd i 1957
(b) Spissbaeligring til tre pelespisser rammet ned og utgravd etterparing
Figur 2‐1 Eksempler paring bruk og forsoslashk med Oslo‐spissen fra 1957 [7]
I 1950 var maksimalt tillatt spenninger 100 kPa for peler kortere enn 12 -15 m For lengre peler var tillatt spenning lavere Siden den gang har lastene blitt stoslashrre og stoslashrre peledimensjonene har oslashkt tilsvarende Staringlmaterialene er forbedret og har faringtt hoslashyere bruddspenning Det er paring tide aring stoppe opp og dra nye erfaringer
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 3
Innholdsfortegnelse versjon 0 Symboler og betegnelser 4 1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet5 2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point) 5 3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen 7
31 Forutsetninger for beregningene 7 32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr 8 33 Dimensjonering av emnesroslashr 9 34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr) 10
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss11 41 Stoslashtboslashlgeteori 11 42 Vurdering av dynamisk last under ramming 15 43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling 16 44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen 18
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg 20 51 Forsoslashkssted og involverte firma 20 52 Type spisser 22 53 Instrumentering 25 54 Utfoslashrelse 25 55 Resultater fullskalaforsoslashk 26 56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk 40
6 Teoretisk beregning med elementmetoden 41 61 Materialmodeller 41 62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket 44
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser 50 8 Oppsummering av alle forsoslashk 58
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer 58 82 Dynamisk forsterkningsfaktor 59 83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming 62
9 Konklusjoner og anbefalinger 63 91 Forslag til endringer i Peleveiledningen 65 92 Peleavstand 66
10 Forslag til videre arbeid66 101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm 66
1011 Parameterstudie i Abaqus 66 1012 Sveisenes a-maringl 66 1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen 67 1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate 67
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen 67 103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss 68
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere 68 11 Referanser68
Vedlegg
A PDA rapport B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 4
0 Symboler og betegnelser Symbol Forklaring A Areal c Enaksiell boslashlgehastighet (for staringl er c = 5172 ms) d Dybeldiamater di Spissens emnesroslashrets innvendige diameter dy Spissens emnesroslashrets utvendige diameter D Pelens diameter E Elastististetsmodul (for staringl E = 210 000 Nmm2) fo Impedanskonstant fa Reduksjonsfaktor fdi Diskontinuitetsfaktor for initial boslashlge fdr Diskontinuitetsfaktor for reflektert boslashlge fu Bruddspenning fy Flytespenning fw Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger Fd Dimensjonerende lastvirkning g gravitasjon h Fallhoslashyde L Samlet lengde spisskonstruksjon Nd Dimensjonerende tverrsnittskapasitet Nd
korrodert Dimensjonerende tverrsnittskapasitet redusert pga korrodsjon Nγ
RAMMING Dynamisk kraft (last) Ni Installert tverrsnittskapasitet R Lengde stoslashtteribber Rck Karakteristisk baeligreevne t Tykkelse v hastighet S Fri lengde pelespiss tr Tykkelse stoslashtteribber T Tykkelse bunnplate W Motstandsmoment Z Akustisk impedans Oslash Pelens diameter γt Partialfaktor for total motstand paring en pel γm Materialfaktor ρ Densitet (for staringl er ρ = 7850 kgm3) dr Dynamisk spenning o Frontspenning (stoslashtboslashlgeteori) max Maksimal spenning ved stoslashtboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 5
1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet
Statens vegvesen har for tiden et FOU-prosjekt under arbeid angaringende staringlroslashrspeler med hule bergspisser rammet mot berg Denne rapporten sammenfatter resultatene til naring med spesielt fokus paring de siste resultatene fra masteroppgaven til Sveinung Joslashrgensen Tveito utfoslashrt ved NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i 2010 Hensikten med FOU-prosjektet er aring faring en standardisert pelespiss for staringlroslashrspeler Staringlroslashrspelene blir stoslashrre og stoslashrre og det blir stadig hoslashyere laster per pel Vi oslashnsker aring verifisere at spissen taringler denne belastningen Det er krevende aring beregne den dynamiske belastningen spissen blir utsatt for og det gjoslashres derfor sjelden (aldri) Hvis en pel blir overbelastet under ramming og rammes til vrak er dette svaeligrt kostbart Oslashnske er derfor aring dimensjonere en standardisert robust spiss Paring denne maringten kan en faring en oslashkonomisk gevinst ved rdquomasseproduksjonrdquo av samme type spiss og forharingpentligvis unngaring vrakpeler grunnet at pelespissen er underdimensjonert FOU-prosjektet kan deles i flere faser og i tidligere faser er pelespissen beregnet paring ulike metoder
Fase 1 Beregning etter empiriske modeller i Peleveiledningen 2005 og 1991 [2] og [3] Beregningene ble utfoslashrt av Geovita i 20072008 [1]
Fase 2 Statisk beregning i elementprogrammet Ansys Beregningene ble utfoslashrt av Aas-Jakobsen i 20072008 [1]
Fase 3 Dynamisk beregning i Abaqus Beregninger utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Andreas K Forseth i 2009 [4] og Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 4 Fullskalaforsoslashk og laboratorieforsoslashk ble utfoslashrt av SVV i samarbeidet med RUUKKI og NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 5 Etterberegning av fullskalaforsoslashk delvis utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point)
I 1957 utga L Bjerrum NGI publikasjon nr 23 [7] Den handlet om norske erfaringer med staringlpeler til berg Han oppsummerte 25 aringrs erfaring med staringlpeler til berg De foslashrste bygg i Oslo med fundamentering paring staringlpeler ble bygget rundt 1930 Allerede de foslashrste pelene som ble rammet i 1931 var forsynt med en spesielt utformet spiss som skulle hindre at pelen gled mot skraringtt berg Den endelige loslashsningen ble en spiss av rundstaringl der den nederste enden ble hulslipt Den skarpe kanten skulle paring denne maringten sikre hold i berget rett etter foslashrste bergkontakt Denne typen pelespiss er siden kalt Oslo-spiss Det var i foslashrste omgang H-bjelker og jernbaneskinner som ble brukt som peler Figur 2-1 a) viser godkjente spisser og som en ser er diameteren paring rundstaringlet mellom 70 mm og 100 mm Figur 2-1 b) viser et fullskalaforsoslashk der de rammet ned 4 peler og grov opp etterparing for aring vurdere penetreringen berg
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 6
For det harde berget spissene moslashtte i Oslo var en hulslipt (hollow ground) spiss best egnet Den hulslipte spissen tilsvarer det vi kaller spiss med konkav endeflate Oslospissene var massive staringlstenger og de spissene som var best i test var de der de nederste 100 mm (4 in) var herdet til mellom 400 og 600 Brinell Det er referert til Oslo point i en rekke senere internasjonale publikasjoner Forsoslashkene og analysene som er sammenfattet i NGI publ Nr 23 [7] er en videreutvikling av Oslospissen med aring lage den hul for montering av dybel
(a) H-peler med spiss godkjent av Oslo bygningraringd i 1957
(b) Spissbaeligring til tre pelespisser rammet ned og utgravd etterparing
Figur 2‐1 Eksempler paring bruk og forsoslashk med Oslo‐spissen fra 1957 [7]
I 1950 var maksimalt tillatt spenninger 100 kPa for peler kortere enn 12 -15 m For lengre peler var tillatt spenning lavere Siden den gang har lastene blitt stoslashrre og stoslashrre peledimensjonene har oslashkt tilsvarende Staringlmaterialene er forbedret og har faringtt hoslashyere bruddspenning Det er paring tide aring stoppe opp og dra nye erfaringer
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 4
0 Symboler og betegnelser Symbol Forklaring A Areal c Enaksiell boslashlgehastighet (for staringl er c = 5172 ms) d Dybeldiamater di Spissens emnesroslashrets innvendige diameter dy Spissens emnesroslashrets utvendige diameter D Pelens diameter E Elastististetsmodul (for staringl E = 210 000 Nmm2) fo Impedanskonstant fa Reduksjonsfaktor fdi Diskontinuitetsfaktor for initial boslashlge fdr Diskontinuitetsfaktor for reflektert boslashlge fu Bruddspenning fy Flytespenning fw Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger Fd Dimensjonerende lastvirkning g gravitasjon h Fallhoslashyde L Samlet lengde spisskonstruksjon Nd Dimensjonerende tverrsnittskapasitet Nd
korrodert Dimensjonerende tverrsnittskapasitet redusert pga korrodsjon Nγ
RAMMING Dynamisk kraft (last) Ni Installert tverrsnittskapasitet R Lengde stoslashtteribber Rck Karakteristisk baeligreevne t Tykkelse v hastighet S Fri lengde pelespiss tr Tykkelse stoslashtteribber T Tykkelse bunnplate W Motstandsmoment Z Akustisk impedans Oslash Pelens diameter γt Partialfaktor for total motstand paring en pel γm Materialfaktor ρ Densitet (for staringl er ρ = 7850 kgm3) dr Dynamisk spenning o Frontspenning (stoslashtboslashlgeteori) max Maksimal spenning ved stoslashtboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 5
1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet
Statens vegvesen har for tiden et FOU-prosjekt under arbeid angaringende staringlroslashrspeler med hule bergspisser rammet mot berg Denne rapporten sammenfatter resultatene til naring med spesielt fokus paring de siste resultatene fra masteroppgaven til Sveinung Joslashrgensen Tveito utfoslashrt ved NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i 2010 Hensikten med FOU-prosjektet er aring faring en standardisert pelespiss for staringlroslashrspeler Staringlroslashrspelene blir stoslashrre og stoslashrre og det blir stadig hoslashyere laster per pel Vi oslashnsker aring verifisere at spissen taringler denne belastningen Det er krevende aring beregne den dynamiske belastningen spissen blir utsatt for og det gjoslashres derfor sjelden (aldri) Hvis en pel blir overbelastet under ramming og rammes til vrak er dette svaeligrt kostbart Oslashnske er derfor aring dimensjonere en standardisert robust spiss Paring denne maringten kan en faring en oslashkonomisk gevinst ved rdquomasseproduksjonrdquo av samme type spiss og forharingpentligvis unngaring vrakpeler grunnet at pelespissen er underdimensjonert FOU-prosjektet kan deles i flere faser og i tidligere faser er pelespissen beregnet paring ulike metoder
Fase 1 Beregning etter empiriske modeller i Peleveiledningen 2005 og 1991 [2] og [3] Beregningene ble utfoslashrt av Geovita i 20072008 [1]
Fase 2 Statisk beregning i elementprogrammet Ansys Beregningene ble utfoslashrt av Aas-Jakobsen i 20072008 [1]
Fase 3 Dynamisk beregning i Abaqus Beregninger utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Andreas K Forseth i 2009 [4] og Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 4 Fullskalaforsoslashk og laboratorieforsoslashk ble utfoslashrt av SVV i samarbeidet med RUUKKI og NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 5 Etterberegning av fullskalaforsoslashk delvis utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point)
I 1957 utga L Bjerrum NGI publikasjon nr 23 [7] Den handlet om norske erfaringer med staringlpeler til berg Han oppsummerte 25 aringrs erfaring med staringlpeler til berg De foslashrste bygg i Oslo med fundamentering paring staringlpeler ble bygget rundt 1930 Allerede de foslashrste pelene som ble rammet i 1931 var forsynt med en spesielt utformet spiss som skulle hindre at pelen gled mot skraringtt berg Den endelige loslashsningen ble en spiss av rundstaringl der den nederste enden ble hulslipt Den skarpe kanten skulle paring denne maringten sikre hold i berget rett etter foslashrste bergkontakt Denne typen pelespiss er siden kalt Oslo-spiss Det var i foslashrste omgang H-bjelker og jernbaneskinner som ble brukt som peler Figur 2-1 a) viser godkjente spisser og som en ser er diameteren paring rundstaringlet mellom 70 mm og 100 mm Figur 2-1 b) viser et fullskalaforsoslashk der de rammet ned 4 peler og grov opp etterparing for aring vurdere penetreringen berg
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 6
For det harde berget spissene moslashtte i Oslo var en hulslipt (hollow ground) spiss best egnet Den hulslipte spissen tilsvarer det vi kaller spiss med konkav endeflate Oslospissene var massive staringlstenger og de spissene som var best i test var de der de nederste 100 mm (4 in) var herdet til mellom 400 og 600 Brinell Det er referert til Oslo point i en rekke senere internasjonale publikasjoner Forsoslashkene og analysene som er sammenfattet i NGI publ Nr 23 [7] er en videreutvikling av Oslospissen med aring lage den hul for montering av dybel
(a) H-peler med spiss godkjent av Oslo bygningraringd i 1957
(b) Spissbaeligring til tre pelespisser rammet ned og utgravd etterparing
Figur 2‐1 Eksempler paring bruk og forsoslashk med Oslo‐spissen fra 1957 [7]
I 1950 var maksimalt tillatt spenninger 100 kPa for peler kortere enn 12 -15 m For lengre peler var tillatt spenning lavere Siden den gang har lastene blitt stoslashrre og stoslashrre peledimensjonene har oslashkt tilsvarende Staringlmaterialene er forbedret og har faringtt hoslashyere bruddspenning Det er paring tide aring stoppe opp og dra nye erfaringer
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 5
1 Hensikt og bakgrunn for prosjektet
Statens vegvesen har for tiden et FOU-prosjekt under arbeid angaringende staringlroslashrspeler med hule bergspisser rammet mot berg Denne rapporten sammenfatter resultatene til naring med spesielt fokus paring de siste resultatene fra masteroppgaven til Sveinung Joslashrgensen Tveito utfoslashrt ved NTNU Institutt for konstruksjonsteknikk i 2010 Hensikten med FOU-prosjektet er aring faring en standardisert pelespiss for staringlroslashrspeler Staringlroslashrspelene blir stoslashrre og stoslashrre og det blir stadig hoslashyere laster per pel Vi oslashnsker aring verifisere at spissen taringler denne belastningen Det er krevende aring beregne den dynamiske belastningen spissen blir utsatt for og det gjoslashres derfor sjelden (aldri) Hvis en pel blir overbelastet under ramming og rammes til vrak er dette svaeligrt kostbart Oslashnske er derfor aring dimensjonere en standardisert robust spiss Paring denne maringten kan en faring en oslashkonomisk gevinst ved rdquomasseproduksjonrdquo av samme type spiss og forharingpentligvis unngaring vrakpeler grunnet at pelespissen er underdimensjonert FOU-prosjektet kan deles i flere faser og i tidligere faser er pelespissen beregnet paring ulike metoder
Fase 1 Beregning etter empiriske modeller i Peleveiledningen 2005 og 1991 [2] og [3] Beregningene ble utfoslashrt av Geovita i 20072008 [1]
Fase 2 Statisk beregning i elementprogrammet Ansys Beregningene ble utfoslashrt av Aas-Jakobsen i 20072008 [1]
Fase 3 Dynamisk beregning i Abaqus Beregninger utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Andreas K Forseth i 2009 [4] og Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 4 Fullskalaforsoslashk og laboratorieforsoslashk ble utfoslashrt av SVV i samarbeidet med RUUKKI og NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
Fase 5 Etterberegning av fullskalaforsoslashk delvis utfoslashrt av NTNU i masteroppgave av Sveinung J Tveito i 2010 [5]
2 Historisk tilbakeblikk paring Oslo-spissen (Oslo point)
I 1957 utga L Bjerrum NGI publikasjon nr 23 [7] Den handlet om norske erfaringer med staringlpeler til berg Han oppsummerte 25 aringrs erfaring med staringlpeler til berg De foslashrste bygg i Oslo med fundamentering paring staringlpeler ble bygget rundt 1930 Allerede de foslashrste pelene som ble rammet i 1931 var forsynt med en spesielt utformet spiss som skulle hindre at pelen gled mot skraringtt berg Den endelige loslashsningen ble en spiss av rundstaringl der den nederste enden ble hulslipt Den skarpe kanten skulle paring denne maringten sikre hold i berget rett etter foslashrste bergkontakt Denne typen pelespiss er siden kalt Oslo-spiss Det var i foslashrste omgang H-bjelker og jernbaneskinner som ble brukt som peler Figur 2-1 a) viser godkjente spisser og som en ser er diameteren paring rundstaringlet mellom 70 mm og 100 mm Figur 2-1 b) viser et fullskalaforsoslashk der de rammet ned 4 peler og grov opp etterparing for aring vurdere penetreringen berg
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 6
For det harde berget spissene moslashtte i Oslo var en hulslipt (hollow ground) spiss best egnet Den hulslipte spissen tilsvarer det vi kaller spiss med konkav endeflate Oslospissene var massive staringlstenger og de spissene som var best i test var de der de nederste 100 mm (4 in) var herdet til mellom 400 og 600 Brinell Det er referert til Oslo point i en rekke senere internasjonale publikasjoner Forsoslashkene og analysene som er sammenfattet i NGI publ Nr 23 [7] er en videreutvikling av Oslospissen med aring lage den hul for montering av dybel
(a) H-peler med spiss godkjent av Oslo bygningraringd i 1957
(b) Spissbaeligring til tre pelespisser rammet ned og utgravd etterparing
Figur 2‐1 Eksempler paring bruk og forsoslashk med Oslo‐spissen fra 1957 [7]
I 1950 var maksimalt tillatt spenninger 100 kPa for peler kortere enn 12 -15 m For lengre peler var tillatt spenning lavere Siden den gang har lastene blitt stoslashrre og stoslashrre peledimensjonene har oslashkt tilsvarende Staringlmaterialene er forbedret og har faringtt hoslashyere bruddspenning Det er paring tide aring stoppe opp og dra nye erfaringer
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 6
For det harde berget spissene moslashtte i Oslo var en hulslipt (hollow ground) spiss best egnet Den hulslipte spissen tilsvarer det vi kaller spiss med konkav endeflate Oslospissene var massive staringlstenger og de spissene som var best i test var de der de nederste 100 mm (4 in) var herdet til mellom 400 og 600 Brinell Det er referert til Oslo point i en rekke senere internasjonale publikasjoner Forsoslashkene og analysene som er sammenfattet i NGI publ Nr 23 [7] er en videreutvikling av Oslospissen med aring lage den hul for montering av dybel
(a) H-peler med spiss godkjent av Oslo bygningraringd i 1957
(b) Spissbaeligring til tre pelespisser rammet ned og utgravd etterparing
Figur 2‐1 Eksempler paring bruk og forsoslashk med Oslo‐spissen fra 1957 [7]
I 1950 var maksimalt tillatt spenninger 100 kPa for peler kortere enn 12 -15 m For lengre peler var tillatt spenning lavere Siden den gang har lastene blitt stoslashrre og stoslashrre peledimensjonene har oslashkt tilsvarende Staringlmaterialene er forbedret og har faringtt hoslashyere bruddspenning Det er paring tide aring stoppe opp og dra nye erfaringer
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 7
3 Beregning av pelespiss etter Peleveiledningen
Geovita og Aas-Jakobsen utfoslashrte statiske beregninger av pel og pelespiss [1] etter figur 1 i Peleveiledningen 2005 [2] I forkant av beregningene ble det gitt noen praktiske valg av for eksempel dimensjoner paring pel og dybel og det ga noen forutsetninger og rammebetingelser for beregningene Beregningene i denne rapporten er justert i forhold til dimensjonene paring pelene i fullskalafososlashket For en entydig forstaringelse av betegnelser benyttet i denne rapporten har vi vist konstruksjonsdelenes navn i Figur 3-1 Peleroslashr
Bunnplate
K-sveis mellom bunnplate og ribbe
Kilsveis mellom ribbe og roslashr
Avstivingsplateribbe
Gjenstoslashpt hull
Emnesroslashr
Konkav endeflate hulslipt spiss
Figur 3‐1 Betegnelser paring delene av pelespissen bestanddeler benyttet i denne rapporten
31 Forutsetninger for beregningene
Dimensjonerende lastvirkning overfoslashrt til pelespiss etter installering skal vaeligre Fd = 5000 kN Dimensjonerende last skal inkludere eventuell paringhengslast og pelens egenvekt Staringlroslashrspelen skal ha diameter 814 mm og godstykkelse 142 mm Staringlroslashret Oslash813 x 142 har A = 35 635 mm2 Reduksjonsfaktor (fa-faktor) er for prosjektet valgt til fa = 085 Partialfaktoren skal ivareta usikkerhet knyttet til bestemmelse av karakteristisk baeligreevne Partialfaktoren er her satt til γt = 16 Med dimensjonerende lastvirkning Fd = 5000 kN blir baeligreevnen som skal verifiseres Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det er allment kjent at flytegrensen er avhengig av godstykkelsen mer spesifisert i Tabell 3-1 Dette maring tas hensyn til ved dimensjonering av de enkelte konstruksjonsdeler av spissen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 8
Godstykkelse t (mm) Flytegrense fy (MPa) t lt 16 355
16 lt t le 40 345 40 lt t le 63 335 63 lt t le 80 325 80 lt t le 100 315 100 lt t le 150 295
Tabell 3‐1 Minimum flytegrense for staringlet avhenger av godstykkelse (EN 10025‐2 2004)
32 Vurdering av stoslashrrelse paring dybel og innvendig diameter emnesroslashr
I prosjektbestillingen ble det valgt dybel med diameter d = 80 mm Vurderingen som ligger til grunn for dette er at dybelen skal vaeligre saring kraftig at den staringr for en troslashkk men jo stoslashrre den blir jo stoslashrre blir spissen som maring fortrenge berget Velger bergborkrone med diameter 96 mm etter samtaler med NSP ved Dagfinn Dybvik Maks skjaeligrkapasitet paring dybel er R asymp 07 fy A Naringr det er glippe mellom spissen og berget vil kapasiteten paring dybelen reduseres grunnet moment i dybelen Dybelens motstandskapasitet R bestemmes da ut ifra foslashlgende formel
M
yfW
R
2 kfr [16] Geoteknikk i vegbygging
der W = boltens motstandsmoment fy = staringlets flytespenning Δ = glippe ved berg og γM = partialfaktor for materialfasthet for staringl Ved aring kombinere de to formlene faringr vi et dimensjoneringsdiagram for dybelen vist i Figur 2-1 Da har vi forutsatt at staringlet har flytespenning fy = 355 Nmm2 Hvis berget har 45deg vinkel med horisontalplanet vil det for forsoslashksspissen vaeligre en glippe ved dybelen paring 58 ndash 108 mm
Spiss
Dybel
Berg
Δ
Spiss
Dybel
Berg
Δ
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 2 4 6 8 10
Glippe Δ (cm)
Ka
pa
sit
et
R (
KN
)
Oslash = 50mm
Oslash = 60mm
Oslash = 70mm
Oslash = 80mm
Oslash = 90mm
Oslash = 100mm
Figur 3‐2 Dybelen motstandskapasitet
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 9
Emner til hule staringlspisser har store toleranseavvik typisk mer enn 5 mm baringde for innvendig og utvendig diameter Staringlarealet er imidlertid alltid lik eller stoslashrre enn teoretisk Ved spesifikasjon av emneroslashr til spiss settes derfor krav til minimumsmaringl for indre diameter (da skal toleranseavvik vaeligre inkludert) og staringlareal Videre maring det vaeligre noen millimeter klaring mellom innvendig emnesroslashr og bergborkrone regner med minimum 5 mm klaring rundt hele
Minimum innvendig diameter emnesroslashr dmin = 80 (dybel) + 10 (avvik emnesroslashr) + 20 (klaring dybelemnesroslashr) = 110 mm
Innvendig diameter emnesroslashr brukt i fullskala forsoslashket di = 119 mm I utgangspunktet kreves det ikke at emneroslashret til spissen skal ha samme areal (kapasitet) som peleroslashret Dette begrunnes med at staringltykkelsen paring peleroslashret for lange peler ofte oslashkes av rammetekniske grunner dvs for aring kunne verifisere noslashdvendig karakteristisk baeligreevne Kapasiteten paring spissen styres derfor av dimensjonerende lastvirkning (Fd)
33 Dimensjonering av emnesroslashr
Rck = Fd γt = 5000 kN 16 = 8000 kN Det ble i fase 1 beregnet en staringlroslashrspel med dimensjon Oslash814x142 mm [1] etter figur 11 i Peleveiledningen (2005) [2] Peleveiledningen (1991) [3] kapittel 95
rdquoFor opptil ca 10 kontrollslag i den hensikt aring foreta en dynamisk proslashvebelastning kan normalt dr overskrides med opptil 25 rdquo Dette punktet er utelatt i Peleveiledning 2005 og vi har sett naeligrmere paring det med en litteraturstudie i denne rapporten i kapittel 83
KRAV 051
251251max
y
dr
f
Basert paring det ovennevnte skal da pel og spiss taringle
)(2518000 kraftDynamiskNkNR dkc
Rammespenninger kontrolleres uten bruk av fa-faktor og m = 105 Spenningen tillates aring overskride flytespenning med 25 og noslashdvendig spissareal blir da
251
m
y
spisskc
fAR
23
2006010
335
0518000
251
1
251
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Med di ge 110 mm er minimum dy = 195 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 10
Hvis spenningen ikke tillates aring overskrides blir noslashdvendig spissareal
23
2507410
335
0518000
01
1
01
1mm
fRA
y
m
kcspiss
Valgt emnesroslashr i fullskalaforsoslashket for SVV-spiss
dy = 219 mm di = 119 mm 222 546264
mmddA iy
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Spiss
Dybel
Berg
219 119
1015
Figur 3‐3 Snitt av spiss og dybel i berg med dimensjoner som brukt i fullskalaforsoslashk
34 Dimensjonering for statisk langtidslast (etter 100 aringr)
Kontrollerer valgt emneroslashr (dy = 219 mm di = 119 mm) mot statisk last etter 100 aringr Bruer beregnes med levetid 100 aringr Selve pelen armeres og stoslashpes ut slik at armering og betong tar lasten alene
Det gyses mellom emnesroslashr og dybel Korrosjon regnes derfor kun utvendig
Anbefalt korrosjonshastighet angitt i Peleveiledningen 2005 pkt 615 [2] er 0015 mmaringr Vi har valgt noe hoslashyere korrosjonshastighet 0025 mmaringr middot 100 aringr = 25 mm
222 248461192144
mmAkorrodertspiss
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 11
Dimensjonerende tverrsnittskapasitet for korrodert tverrsnitt av emnesroslashret
051 mm
ykorrodertkorrodertd
fAN
etter NS-EN 1993-1-1 2005NA-2008
kNN korrodertd 792610
051
33524846 3
Installert kapasitet blir da kNNfN korrodert
dakorroderti 67377566850
OKdvskNFN d
korroderti 0005
Belastning under ramming blir dimensjonerende
4 Dynamiske laster og spenninger i peler og spiss
41 Stoslashtboslashlgeteori
I masteroppgaven fra 2010 [5] er det oppsummert teori for stoslashtboslashlger for peler Ettersom peler er lange slanke legemer antas foslashlgende
1 Spenningstilstanden er en enaksiell stav 2 Alle partikler i samme snitt har samme deformasjon u(xt) 3 Materialet er isotropt og lineaeligrt elastisk
Enaksiell boslashlgehastighet er definert som E
c
Spenningen ved en stoslashtboslashlge er
)()()( txvctxvc
Etx
Ved peleramming vil v(xt) erstattes av ghv 2 dvs hastigheten av det innkommende loddet
Kraften blir da
)()()( txZvtxvc
EAAtxF hvor
c
EAZ er definert som akustisk impedans
Dette viser at for en boslashlge som propagerer i positiv retning er kraften direkte proporsjonal med partikkelhastighet Spenningen fordobles ved en innspent ende Avhengig av fastheten av materialet pelespissen penetrerer ned i vil graden av innspenning vaeligre et sted mellom fast innspent ende og fri ende
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 12
For en pelespiss som trenger ned i berg vil berget yte motstand og dermed reflektere en trykkboslashlge med noe lavere amplitude enn den innkommende Det vil oppstaring refleksjoner i omraringder hvor tverrsnittet eller materialegenskaper endrer seg Dette er aktuelt ved for eksempel overgang fra peleroslashr til pelespiss eller paring emnesroslashret over eller under avlastningsplatene ende Naringr en spenningsboslashlge ( i ) treffer en diskontinuitet
(se Figur 4-1) vil en del propagere videre ( t ) en del reflekteres ( r )
Figur 4‐1 Diskontinuitet i tverrsnitt
Ved en tverrsnittsendring maring det vaeligre kraftlikevekt og partikkelhastigheten over overgangen maring vaeligre lik
tri AA 21 )( og tri vvv
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan man ved noe mellomregning komme fram til foslashlgende forhold
idiit fAA
A
21
12 og
ir AA
AA 21
12 idrf
dif er diskontinuitetsfaktor for initialboslashlge og drf er diskontinuitetsfaktor for returboslashlge
For aring kunne gjoslashre beregninger paring peleramming for haringnd maring visse forenklinger gjoslashres Loddet er her betraktet som et stivt legeme med masse M0 og fallhastighet v0 i det den treffer pelen Pelen antas aring ha et roslashrtverrsnitt med materialegenskapene E A og ρ hvor enden mot berget oppleves som fast innspent Pelespissen sees bort i fra Modellen er skissert i Figur 4-2 Ved aring stille opp dynamisk kraftlikevekt av loddet kan man etablere spenningsforloslashpet over tid i toppen av pelen det vil si i x = 0 Beregningene vi har gjort med diskontinuitet i denne rapporten er forenklet Vi har sett paring arealet paring spissen og roslashret Vi har for enkelthets skyld kuttet ut diskontinuiteten over bunnplaten Vi har ogsaring kun sett paring initialboslashlge og ikke returboslashlge
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 13
Figur 4‐2 Idealisert modell av peleramming
00 dt
dvMvAcFA i
Etter noe mellomregning kommer en fram til
tM
cA
e
00
hvor σ0 = ρcv0 er verdien til den initielle spenningsfronten
Til slutt kan man benytte at massen til pelen er M = ρAL
tL
c
M
M
e
00
Ligningen over gir spenning i punktet x = 0 for varierende t lt 2Lc Men siden spenningene garingr som en boslashlge nedover i pelen vil spenningen σ0 som var i punktet x = 0 ved t = 0 ha beveget seg til x = cΔt etter t = Δt
Ved tidspunktet t =Δt er spenningen i x = 0 blitt til t
L
c
M
M
e
00
Paring denne maringten beveger boslashlgen seg nedover pelen med σ0 i front mens den trekker etter seg spenningshistorien fra punkt x = 0 som en hale som i Figur 4-3 Naringr t = Lc har boslashlgen beveget seg ned til bunn av pelen Der vil boslashlgen bli reflektert og fortsette opp igjen med samme fortegn ettersom enden er fast innspent Den totale spenningen i et snitt er gitt ved summen av framoverboslashlgen og den reflekterte boslashlgen Ved t =2Lc har boslashlgefronten beveget seg til toppen av pelen igjen og spenningen blir
0
2
00M
M
e
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 14
I Tabell 4-1 er det satt inn tall for de forskjellige parametrene i modellen i Figur 4-2 Vi har valgt parametere som benyttet i fullskalaforsoslashket Massen til pelen er M = ρAL Initialhastigheten til loddet settes til ghv 2 = 243 ms med h = 03 m
L (m)
Dy (mm)
t (mm)
ρ (kgm3)
E
(Nmm2) c
(ms) M0 (kg)
M
(kg)
752 813 142 7850 210 000 5172 9000 2104 Tabell 4‐1 Geometri og materialegenskaper som er benyttet for teoretiske beregninger er tilsvarende verdier som i fullskalaforsoslashket
Figur 4‐3 Spenningstilstand ved ulike tidspunkt
Vi ser hvordan spenningen ved peltopp i staringlroslashret endrer seg over tid (godt illustrert i Figur 4-3)
Ved t = 0
vcext
L
c
M
M
000)0( 985 MPa
Ved t = Lc = 00015 s
00)0( M
M
ex 780 MPa
Ved t = 2Lc = 00029 s
0
2
0)0( M
M
ex 617 MPa
Total spenning ved t = 2Lc ved fast innspenning ved spiss blir da σmaks(t =2Lc x = 0) = 985 + 617 = 1602 MPa
MPaMPaAA
At 61822160141141
3563526546
3563522000
21
1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 15
De samme beregningene utfoslashres for forskjellige fallhoslashyder og resultatene er gitt i Tabell 4-2 og Tabell 4-3
h (m) v (ms) σ ved t = 0 (MPa)
σ ved t = Lc (MPa)
σ ved t = 2Lc (MPa)
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
03 243 99 78 62 160 06 343 139 110 87 226 10 443 180 142 113 292 14 524 213 168 133 346 Tabell 4‐2 Beregning av teoretisk maksimal spenning i staringlroslashr ved peltopp etter stoslashtboslashlgeteorien
h (m) Peleroslashr
σmaks ved t = 2Lc (MPa)
Pelespiss σmaks ved t = 2Lc
(MPa) 03 160 183 06 226 258 10 292 333 14 346 395
Tabell 4‐3 Beregning av teoretisk maksimal spenning i peleroslashr og pelspiss ved bruk av diskontinuitetsformelen (fdi = 114)
Spenningsboslashlgen har en boslashlgelengde mange ganger lengre enn lengden av pelen Dette styres av forholdet MM0 = ρALM0 Jo stoslashrre masseforholdet er jo kortere blir boslashlgelengen Forholdet er ogsaring med paring aring styre lengden av stoslashtet Jo lavere forholdet er desto lengre tid tar det foslashr stoslashtet avsluttes Til orientering rammer et hydraulisk lodd vanligvis et slag hvert 01 sekund Til sammenligning vil spenningsboslashlgen i 75 m lange peler vil propagere og reflektere i loslashpet av 003 sekunder
42 Vurdering av dynamisk last under ramming
For aring sikre at pelen oppnaringr karakteristisk baeligreevne eller sikre bergfeste verifiseres dette med noen faring slag (typisk 2 ndash 10 slag) I dette tilfelle skal det verifiseres Rck = 8000 kN For aring sikre at pelen eller spissen ikke overrammes kan man beregne spenningen i spissen ved hjelp av foslashlgende metoder
Stoslashtboslashlgeteorien Boslashlgeligningen PDA-maringlinger Bevegelsesmaringlinger
Metodene gir et estimat paring 0
0 kan til en viss grad styres ut i fra valg av lodd Gunstig er hoslashyt slankt og tungt lodd
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 16
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen opp gjennom pelen som en trykkboslashlge Ved stor spissmotstand oppstaringr en trykkspenningstopp ved pelespiss (max) naringr nedadgaringende og oppadgaringende boslashlge overlagres
0max wf der wf er forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger
wf varierer fra 10 ndash 18 (mest typisk mellom 13 og 15) avhengig av metode spissmotstand og
pelelengde Det gis retningslinjer for valg av wf i Tabell 4-4
wf kan ogsaring estimeres ut fra PDA-kurver men dette er ikke en offisielt anerkjent metode Det
er heller ikke alle PDA-kurver som kan tolkes paring denne maringten for eksempel viser det seg vanskelig for relativt korte peler
43 Dimensjonering av dynamisk last fra PDA-maringling
Varingrt fullskalaforsoslashk har skjedd paring korte peler og PDA-maringlingen er vanskelig aring tolke Vi viser derfor et eksempel paring bestemmelse av wf ut fra PDA-kurve fra prosjektet rdquoBjoslashrvika ndash
Soslashrengardquo Der er det rammet en HP 305 x 186 med staringlkvalitet S460M Det er benyttet 120 kN lodd med virkningsgrad ca 10 og fallhoslashyde 10 meter
Figur 4‐4 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for HP‐pel paring Bjoslashrvika‐prosjektet [1]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 17
Maringlt kraft i peletopp FMX = 5931 kN (korresponderer til CSX spenning i peletopp)
6315931
37505931
wf
Spenning i pelespiss ved dynamisk testing blir da
MPafw 40822506310max
NB Trykkspenningen max er spenningstoppen paring grunn av overlagring av nedadgaringende og reflektert boslashlge i nedre del av peleroslashr pelespiss Selv om det er vanskelig aring tolke varingrt forsoslashk siden pelene er korte har vi likevel vist et eksempel paring det under
Figur 4‐5 Bestemmelse av fw ut fra PDA‐kurve for fullskalaforsoslashk paring staringlroslashrspel 1 paring prosjekt Dal‐ Boksrud
Maringlt kraft i peletopp FMX = 6526 kN
42 1
6526
2750 6526
w f
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 18
44 Dimensjonering av dynamisk last fra Peleveiledningen
Naringr loddet treffer peletoppen oppstaringr en stoslashtboslashlge med frontspenning
Ehgf 00 der 2712019020 iff
if = 09 (impedanseforholdet mellom lodd og pel der 09 er vanlig benyttet faktor)
hh 5161101012819857271 380
I det stoslashtboslashlgen naringr pelespissen reflekteres boslashlgen gjennom pelen som en trykkboslashlge hvis spissmotstanden er stor
0max wf
Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir en oslashkning av spenningen σ0 til σmaks avhengig av sidefriksjon paring pelen og synken i berget Ut fra fullskalaforsoslashket i kapittel 5 velger vi verdier for fw i forhold til synk etter Peleveiledningen [2] Tabell 4-4 Pelen i forsoslashket er kort med liten sidefriksjon men synken er rundt 1 mm Tabellen i Peleveiledningen gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har sett paring variasjon av fw fra liten til stor spissmotstanden og beregnet spenningen i peleroslashret og i emnesroslashret i Tabell 4-5 Under nedramming
Moderat rammemotstand s gt 5 mmslag
Under sluttramming Betydelig spissmemotstand
s lt 1 mmslag Friksjonsmotstand Liten Middel Stor Middels Liten Spissmotstand Liten Middels Moderat Stor Meget stor Trykk 10 10 10 12 til 13 13 til 15 15 til 18 Strekk -10 til -
08 -08 til
-04 -04 til -
03 Strekk kan oppstaring i det reflektert boslashlge naringr peletopp Se 463 [2]
Tabell 4‐4 Anbefalte verdier for fw ndash faktoren i Peleveiledningen [2]
Beregner frontspenningen σ0 og de maksimale spenningene σmaks (roslashr) i pelroslashret paring grunn av overlagring av oppadgaringende og nedadgaringende boslashlge se Tabell 4-5 Paring grunn av at arealet i SVV-spissen er mindre enn arealet i roslashret vil det oppstaring stoslashrre spenninger i spissen etter diskontinuitetsformelen
000
21
1 1413563526546
3563522
AAA
t
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 19
der σ0 er initialspenning i peleroslashret og σt er spenningen i emnesroslashret Maksimalspenningen i emnesroslashret forsterkes tilsvarende σmaks (spiss) = 114 middotσmaks (roslashr) dvs at fdi = 114
h
(m) maringlte s
(mmslag) fw σ0
MPa σmaks(roslashr)
MPa σmaks(spiss)
MPa 03 10 10 88 88 101 06 07 10 125 125 143 10 11 10 161 161 184 14 13 10 191 191 218 03 10 125 88 110 126 06 07 125 125 156 178 10 11 125 161 202 230 14 13 125 191 239 272 03 10 15 88 133 151 06 07 15 125 188 214 10 11 15 161 242 276 14 13 15 191 287 327 03 10 18 88 159 181 06 07 18 125 225 257 10 11 18 161 291 331 14 13 18 191 344 392
Tabell 4‐5 Beregnet frontspenning og maksimal spenning for SVV‐spiss etter Peleveiledningen punkt 462
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 02 04 06 08 1 12 14 16
Fallhoslashyde [cm]
[M
Pa]
fw = 18
fw = 15
fw = 125
fw = 10
fw = 20
fw = 22
Figur 4‐6 Plottet viser beregnet maksimal spenning i SVV‐spiss etter Peleveiledningen [2] punkt 462 med varierende forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 20
KRAV MPaf y
dr 6422051
355251
051251251max
σmaks (roslashr)
= 344 MPa OK for peleroslashr
KRAV MPaf
y
dr8398
051
335251
051251251
max
σmaks (spiss)
= 3921 MPa OK for pelespiss Staringlets flytegrense er bestemt ut fra godstykkelsen En rammer ofte produksjonsramming med 70 energi det vil si med fallhoslashyde 10 m hvis det er en del motstand i grunnen Paring de siste slagene rammes med full energi vanligvis maks 2 ndash 10 slag SVV-pelespissen taringler maks belastning med forsterkningsfaktor 18 hvis en tillater 25 overskridelse av flytegrensen paring grunn stor toslashyningshastighet (ref Figur 8-7) Hvis det rammes paring pelespissen med full energi (14 m fallhoslashyde) uten at pelespissen har fullt anlegg mot berget vil en faring eksentrisk belastning Da vil flytespenningen bli overskredet RUUKKI-spissen har stoslashrre areal enn SVV-spissen og vil dermed ogsaring ha tilstrekkelig kapasitet
5 Fullskalaforsoslashk med peler rammet paring berg
Et fullskalaforsoslashk med peleramming ble utfoslashrt av SVV i sammarbeide med RUUKKI og NTNU En sentral del av masteroppgaven ved NTNU2010 [5] var et fullskalaforsoslashk med peleramming paring berg utfoslashrt i Akershus i regi av Statens vegvesen
51 Forsoslashkssted og involverte firma
Statens vegvesen rammet tre peler paring anlegget E6 Dal ndash Boksrud Vi vil takke E6-prosjektet for velvilligheten de viste i forkant og under forsoslashkets gang Statens vegvesen var byggherre med Hans Inge Kristiansen som byggeleder De var ogsaring representert fra Vegdirektoratet med Tewodros Haile Tefera Entreprenoslashr var Entreprenoslashr-service representert ved Harald Amble Egil Arntzen Thomas Hansen Multiconsult ved Joar Tistel utfoslashrte PDA-maringlinger NTNU stilte med faglaeligrer Arne Aalberg og ansvarlig for instrumentering Trond Auestad og masteroppgavekandidat Sveinung Joslashrgensen Tveito Ruukkis representant var Harald Ihler og Jan Andreassen Pelene ble rammet i forbindelse med fundamentering av Holmsjordet bru kfr figur 2 Det ble funnet et sted med berg i dagen rett ved brustedet Berget bestod av gneis (korrigert i forhold til masteroppgave) og det var tydelige sprekkemoslashnstre Blokkene var anslagsvis 2 x 2 x 1 m E-modul til gneis er 50 000 MPa kfr NFF Handbook 2 rdquoEngineering geology and rock engineeringrdquo Statens vegvesen Vegdirektoratet ved Tewodros Haile Tefera har tatt proslashve av berget og faringtt analysert det i laboratoriet Testene viste foslashlgende parametre [8]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 21
Ekvivalent proslashve
diameter De [mm]
Maringlt last paring brudd P
[kN]
Punktlast styrke Is (Is = P De
2) Faktor
k Trykkfasthet σc
σc = k x Is
[MPa] 50 265 106 20 212 30 90 100 20 200 30 80 89 20 178 30 52 58 16 92 30 170 189 25 472 50 310 124 25 310 50 200 80 20 160 50 310 124 25 310
Middel 242 Tabell 5‐1 Maringlt trykkfasthet av proslashve av beregnet rsquo point load testrsquo
I Peleveildeningen er det ikke bergparametre for Gneis i figur 122 [2] men granitt har 150 ndash 250 MPa i trykkfasthet Stedet laring paring toppen av en bergskjaeligring som var sprengt i sammenheng med vegarbeidet I Figur 5-2 ses skjaeligringen fra nedsiden Sprengningen kan ha laget svakheter i berget i forkant av rammingen
Forsoslashkssted Forsoslashkssted
Figur 5‐1 Stedet hvor forsoslashket ble utfoslashrt (Norgeskart)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 22
Figur 5‐2 Haugen hvor rammingen ble utfoslashrt
52 Type spisser
Det ble rammet tre peler med hver sin spiss kfr Figur 5-3 Spiss nr 1 og nr 2 var utformet i henhold til retningslinjer Peleveiledningen Materialet i ribber og bunnplate var i kvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2H Alle a-maringl paring sveiser var paring 10 mm og var kontrollert visuelt og med ultralyd Spissemnet var herdet ved karburering til 60 HRC (Hardhet Rockwell) i overflaten avtagende til 504 HRC 12 mm dypt inn i emnet se figur 4 Tuppen til spissene var avfaset med 10 vinkel Pelspissene var paringsveist 2 m lange staringlroslashr med godstykkelse 142 mm da de kom paring plassen Pelskaftet ble forlenget til en total pellengde fra spiss til topp som skrevet i Tabell 5-3 under kolonne Ltot Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI men tilpasset med lengre spissemne enn opprinnelig Ribber og bunnplate i pelspissen var i staringlkvalitet S355J2N Spissemnet var i kvalitet S355J2G Alle a-maringl paring sveiser var paring 6 mm I stedet for avfasing og herding var spissemnet utfoslashrt med paringleggssveis med hoslashyde paring 1 cm og bredde i roten paring 2 cm se figur 3 Resten av spissflaten var flat Ruukkis spiss kom med paringsveist roslashr fra fabrikk i den oppgitte lengden Pelroslashrets godstykkelse var paring 125 mm Staringlareal til SVV-spissen er 26 546 mm2 ved emnesroslashret og 47 066 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal av SVV-pelroslashr er 35 653 mm2 Staringlareal til RUUKKI-spissen er 37 385 mm2 ved emnesroslashret og 40 823 mm2 ved oslashvre strekklapper Areal RUUKKI-pelroslashr er 31 420 mm2 Dybler ble satt ned i forborede hull de stedene pelene skulle rammes Dette for aring fastholde pelen sideveis Dyblene var 3 m lange rundstaringl med diameter paring 80 mm og i staringlkvalitet S355J2G3 Forboringen ble gjort med 1015 mm bordiameter
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 23
Spiss nr 1 og 2 med spissareal 0027 m2
Spiss nr 3 med spissareal 0037m2
Spiss nr 1 og 2 har bunnplatetykkelse paring 80 mm
Spiss nr 3 har bunnplatetykkelse paring 70 mm
Herdede spisser nr 1 og 2 med
konkav endeflate
Spiss nr 3 med paringleggssveis paring en flat endeflate
Figur 5‐3 De tre pelene som ble benyttet i forsoslashket
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 24
Pelspiss i plan og snitt
Spiss nr 1 og 2 (Herdet)
Spiss nr 3 (Paringleggssveis)
Type I brukes for forsoslashket
Figur 5‐4 Pelspissenes geometri
Pel D (mm)
T (mm)
R (mm)
S (mm)
L (mm)
dy
(mm) di
(mm) tr
(mm) a-maringl (mm)
Ltot
(mm)
Peleveiledningen 2005
Oslash 01Oslash Oslash-dy 15Oslash T+R+S 0035Oslash Ingen anbefaling
SVV-spiss nr 1 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 7520
SVV-piss nr 2 (Herdet) 813 80 600 300 980 219 119 30 10 6980
RUUKKI-spiss nr 3
(Paringleggssveis)
813 70 600 260 930 240 100 20 6 7450
Tabell 5‐2 Maringl paring pelspisser og total lengde av pel og spiss (Ltot)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 25
53 Instrumentering
Alle tre pelene ble utstyrt med toslashyningsmaringlere (strekklapper) og PDA-maringlere Plasseringen av maringlerne er vist i Figur 5-1 og Tabell 5-3 Spissens bevegelser ble ogsaring filmet med hoslashyhastighetskamera under noen av slagene
Figur 5‐5 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere paring pelene Se tabell 5‐2 for verdier til La Lb og Lc
Pel La(mm) Lb(mm) Lc(mm)
Spiss nr 1 270 500 3000 Spiss nr 2 270 500 3000 Spiss nr 3 240 490 3000
Tabell 5‐3 Plassering av strekklapper og PDA‐maringlere La Lb og Lc relateres til maringlene i figur 5‐5
54 Utfoslashrelse
Pelene ble rammet en og en noen meter fra hverandre Til rammingen ble det benyttet en pelerigg av typen Junttan PM 25 med hydraulisk dobbeltvirkende hammer med ni tonns lodd Ingen sprekker i berget ble observert mellom rammepunktene verken foslashr eller etter ramming Hver pel ble foslashrst loslashftet opp i vertikal stilling over det forborede hullet som dybelen var satt i I den posisjonen ble PDA-maringlerne skrudd fast i de forborede hullene og strekklapper og PDA-maringlere ble koblet til loggeutstyr hoslashyhastighetskamera ble stilt opp og koblet til PC og utstyr for aring maringle synk ble montert og stilt opp Ettersom pelene ble rammet mot bart berg hadde de ikke den sidestoslashtten som normalt omkringliggende masser ville gitt Dyblene var derfor noslashdvendig for aring hindre sideveis forskyvning De forborede hullene for dyblene var 2 m dypt Naringr en traeligdde i de 3m lange dyblene stakk de 1 m over bakken og inn i pelspissene Pelene ble da stoslashttet nede av dybelen og i toppen av peleriggen
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 26
PDA-maringlere monteres
PDA-maringlere montert paring peltoslashyningsmaringler til venstre
og akselerometer til hoslashyre
Strekklappen
beskyttelse av strekklappene
Figur 5‐6 Instrumenteringen av pelene
55 Resultater fullskalaforsoslashk
Det er betydelig forskjell paring synkhistorikken mellom de ulike pelene noe som kommer frem i Tabell 5-4Tabell 5-3 Dette kan komme av lokale forskjeller i berget og bergets oppspekkings-mekanismer men ogsaring av ulik spissoppfoslashrsel og rammehistorikk For Spiss nr 1 dannet det seg sprekker allerede etter de foslashrste slagene Dette foslashrte til at den fikk svaeligrt mye synk i starten i motsetning til de andre to Det er vanskelig aring si noe om hvilken spissutforming som gir raskest nedtrengning ut fra kun 3 forsoslashk
Antall slag Synk (mm) Synkslag (mm) Fallhoslashyde (cm) Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3 Spiss 1 Spiss 2 Spiss 3
10 90 240 40 207 160 28 23 07 07 20 30 20 70 10 7 48 03 03 07 30 130 130 170 125 98 195 10 07 11 40 60 80 90 9 33 29 01 04 03 50 60 10 20 38 1 6 06 10 03 60 20 10 30 14 14 6 07 14 02 100 10 20 20 11 19 32 11 10 16 140 20 10 10 26 16 54 13 16 54
Tabell 5‐4 Rammedata for peler
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 27
Berget foslashr spissen ble rammet
Oppsprukket berg etter at spissen ble rammet ned
Figur 5‐7 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 28
Berget med forboret hull med dybel foslashr Spiss nr 1 ble rammet
Berget etter at Spiss nr 1 har vaeligrt meislet inn og deretter fjernet
Figur 5‐8 Bilder av berget og dyblen i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 1 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 29
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐9 Bilder av Spiss nr 1 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 30
Underkant av spissemne foslashr spissen ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐10 Bilder av Spiss nr 2 foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 31
Figur 5‐11 Bilder av berget i forskjellige stadier foslashr og etter spiss nr 3 ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 32
Underkant av spissemne foslashr spissen ble ble rammet
Underkant av spissemne etter at spissen ble rammet
Figur 5‐12 Bilder av Spiss nr 3 i foslashr og etter ramming
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 33
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 1
Plastiske deformasjoner av SVV- spiss 2
Figur 5‐13 Visuelle inspeksjon av plastiske deformasjoner
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 34
Det er i hovedsak to mekanismer som foregaringr naringr spissene jobber seg ned i berget Oppsprekking og knusing kfr Figur 5-7 og Figur 5-11 I starten av innmeislingen slarings biter av bergets overflate loslashs og tynne sprekker begynner aring spre seg I omraringdene med direkte kontakt med spissen blir det dannet soner hvor berget blir knust til pulver Sprekkene beveger seg videre mot svakheter i berget omkring som andre sprekker overflaten kanter eller svakere soner i berget Det ble logget data fra til sammen 15 slagserier 9 fra spiss nr 1 og 6 fra spiss nr 3 Dataene viser noe variert respons ikke bare fra serie til serie men ogsaring fra slag til slag innad i hver serie Forskjellene kommer av ulik tilfoslashrt energi fra lodd ulik oppfoslashrsel i berget og eventuell flyt i materialet i spissen Strekklappene ble ogsaring forstyrret av omkringliggende knust berg Strekklapper 1 og 3 er de nedre plassert ca 03 m fra enden og 2 og 4 er de oslashvre plassert ca 05 m fra enden som vist i Figur 5-5 og Tabell 5-3 Det er naturlig at nummer 2 og 4 registrerer lavere spenningsnivaringer ettersom de ligger mellom avstivningsplatene paring pelspissen og de kan dermed fordele kraften over et stoslashrre areal enn hva tilfelle er for nummer 1 og 3 Fra resultatene til spiss nr 1 ble det funnet at spenningene er ca 42 - 57 lavere i omraringdet rundt ribbene i forhold til i spissen Maringleresultatene til strekklappene er vist i Tabell 5-5 Strekklappene for SVV-spiss 1 ga gode resultater for alle fallhoslashyder Spenningen steg i strekklappene tilsvarende fallhoslashyden paring loddet Strekklappene for RUUKKI-spissen fungerte ikke saring bra Spenningen for strekklappene oslashkte trinnvis for de laveste trinnene Naringr fallhoslashyden ble 60 cm og hoslashyere virker ikke resultatene troverdig hverken for oslashvre eller nedre strekklapp Spenningene sank ved fallhoslashyder over 50 cm og vi oppnaringdde ikke spenninger over 100 MPa Det virker lite sannsynlig i forhold til det vi maringlte paring SVV-spiss 1 og teoretiske beregninger Vi foretar videre analyser og konklusjoner paring bruk av maringlinger foretatt paring SVV-spiss 1 Vi viser resultatene for de laveste fallhoslashydene for RUUKKI-spissen Siden strekklappene er plassert ca 03 og 05 m fra enden paring spissen vil returboslashlgen komme svaeligrt fort faktisk paring mindre enn 00001 sekund hvis en beregner teoretisk med Lc = 055172 Vi greier ikke aring skille mellom tur og returboslashlge ved maringlingene paring strekklappene og vi faringr dermed ikke analysert forsterkningsfaktoren bare ved aring se paring strekklappene montert paring spissen Det foslashrste toppunktet vi har paring spenning-tidskurven er dermed maksimalspenning σmaks
Spenningen i emnesroslashret nedenfor avstivningsplatene overstiger flytespenning for fallhoslashyde 10 og 14 m Den overstiger baringde ordinaeligr flytespenning paring 335 MPa og korrigert flytespenning for toslashyningshastighet paring 450 MPa Den visuelle inspeksjonen viser likevel lite plastiske deformasjoner av spissen Figur 5-14
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 35
SVV- spiss 1 σ (MPa)
RUUKKI - spiss σ (MPa)
Fallhoslashyde
(cm) oslashvre strekklapper nedre strekklapper oslashvre strekklapper nedre strekklapper
10 69 120 122 196 20 112 199 138 223 30 129 223 - - 40 153 267 - - 60 191 317 - - 100 223 460 - - 140 218 503 - -
Tabell 5‐5 Maksimalspenning i spissen maringlt for hver fallhoslashyde ved oslashvre og nedre strekklapper
SVV- spiss 1 RUUKKI ndash spiss SVV- spiss 2 Fallhoslashyde
(cm) Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
Virkningsgrad η
σ(roslashr) MPa
10 096 1062 117 1438 110 1167 20 091 1381 102 1810 140 1598 30 129 1847 108 2181 112 1723 60 106 2531 090 2373 079 2113 140 104 3411 079 2923 089 3127
Tabell 5‐6 Registrerte verdier for spenninger maringlt ved PDA maringlinger Virkningsgrad er beregnet ut fra oppgitt fallhoslashyde mot maringlte spenning fra PDA
Vi viser til kapittel 44 angaringende beregninger av spenninger fra stoslashtboslashlger etter
Peleveiledningen [2] Vi har beregnet h 51610 Vi har deretter tatt ut verdier fra
strekklappmaringlinger og PDA-maringlinger Strekklappspenningene er omregnet fra spisspenninger til roslashrspenninger med en teoretisk diskontinuitetsfaktor fdi = 114 for SVV-spiss og fdi = 091 for Rukki-spiss Maringlt diskontinuitetsfaktor beregnes fra maringlte verdier fd = σstrekklapp(spiss) σPDA(roslashr) Beregnet total forsterkningsfaktor i roslashr beregnes fwtot = σPDA(roslashr)σ0(roslashr) Forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlge blir da fw = fwtot fd Total forsterkningsfaktor er her definert som fwtot = fw fd Hvis en setter inn fw
= 14 ndash 19 og fdi = 114 vil fwtot = 16 ndash 22
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 45 096 49 120 105 1062 112 22 193 20 007 091 66 199 174 1381 144 21 145 30 20 129 114 223 195 1847 121 16 134 60 10 106 132 317 278 2531 125 19 153 140 10 104 199 503 441 3411 147 17 117 Tabell 5‐7 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for SVV‐spiss 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 36
Tabell 5-7 viser at total forsterkning av stoslashtboslashlge i roslashret for SVV-spiss ligger mellom 16 og 22 Dette ligger i tilsvarende omraringdet som teoretiske beregninger Diskontinuitetsfaktoren varierer mellom 112 og 147 Diskontinuitetsfaktoren ligger stort sett noe hoslashyere enn det vi har beregnet teoretisk og dette kan forklares med at vi har ikke tatt med returboslashlgen De beregnete forsterkningsfaktorene ut fra maringlte verdier viser at den totale forsterknings-faktoren ligger mellom 17 og 22 Det er noe underlig at det er hoslashyest forsterkningsfaktor ved lavest fallhoslashyde og stoslashrst synk Tendensen er at forsterkningsfaktoren er synkende med oslashkende energi Dette var et uventet resultat En feilkilde kan vaeligre at PDA-maringling og strekklappmaringling ikke avlest for samme slag
Strekklapper Beregnet fra maringlte verdier
Fall-hoslashyde (cm)
Synkslag
(mm)
Virknings-grad ή
σ0(roslashr) MPa
σmaks(spiss) MPa
σmaks(roslashr) MPa
PDA-maringling σPDA(roslashr)
MPa fd fwtot fw
10 23 117 56 196 215 1438 136 256 189 20 03 102 73 223 245 1810 123 247 201 Tabell 5‐8 Beregnet fw fra maringlt maksimalspenning fra strekklapper og PDA‐maringlinger for RUUKKI‐spiss
For RUUKKI-spissen er ikke de beregnete verdiene for forsterkningsfaktor i samsvar med de teoretiske Aringrsaken kan vaeligre feil paring strekklappmaringlingene ogsaring ved de laveste fallhoslashydene Det kan se ut som diskontinuitetsformelen ikke gjelder naringr arealet av spissen er stoslashrre enn roslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 37
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for SVV- spiss 1
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=14 m for SVV- spiss 1
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde
Figur 5‐14 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 14 m fallhoslashyde (a og b) og maksimalspenning maringlt for hver fallhoslashyde (c) Data fra SVV‐spiss nr 1 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 26 546 mm2 og oslashvre strekklapper 47 066 mm2)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 38
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018 002
Tid [s]
[
MP
a]Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(a) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=03 m for RUUKKI - spiss
-50
0
50
100
150
200
250
0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016 0018
Tid [s]
[M
Pa
] Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
(b) Spenning-tidskurve for et slag med fallhoslashyde H=05 m for RUUKKI ndash spiss
00
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Nedre strekklapper
Oslashvre strekklapper
Flytespenning
Oslashkt flytespenning vedtoslashyningshastighete
(c) Maksimalspenning fra hver serie plottet mot fallhoslashyde (ved hoslashyere fallhoslashyde enn 05 m er ikke
spenningsmaringlingene til aring stole paring)
Figur 5‐15 Figurene viser maringlte spenninger ved 03 m og 05 m fallhoslashyde (a og b)og maringlt maksimalspenning for hver fallhoslashyde (c) Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 (Staringlareal til spissen ved nedre strekklapper er 37 385 mm2 og oslashvre strekklapper 40 823 mm2 )
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 39
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(a) fallhoslashyde 40 cm
-20
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(b) fallhoslashyde 60 cm
-15
-10
-05
00
05
10
15
20
0000 0002 0004 0006 0008 0010 0012 0014 0016
Tid [s]
Toslash
yin
gsh
atig
het
[s-1
]
(c) fallhoslashyde 140 cm
Figur 5‐16 Toslashyningshastighet maringlt ved ulike fallhoslashyder
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 40
Figur 5‐17 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11] Toslashyningshastighet for tre ulike slag vises i Figur 5-16 Det legges merke til at verdiene er hoslashye nok til aring ha effekt paring staringlets flytespenning samt at verdien stiger med oslashkende fallhoslashyde Det siste kommer av at spenningen oslashker mer paring samme tidsintervall jo hoslashyere fallhoslashyden er I Figur 5-17 vises trender funnet ved eksperimenter gjort paring St52-3N staringl som er sammenlignbart med staringlet brukt i pelene merk at den ene aksen er logaritmisk Fra figuren sees det at flytespenningen (Lower yield stress) er den som oslashker raskest ved oslashkende toslashyningshastighet
56 Kostnader ved et fullskalaforsoslashk
Det ble rammet tre forsoslashk i form av tre peler med hver sin spiss Spiss nr 1 og nr 2 SVV-spiss var utformet i henhold til retningslinjer i Peleveiledningen Spiss nr 3 fra var en modell tegnet av RUUKKI og levert kostnadsfritt av RUUKKI
Materialkostnader spiss nr 1 og nr 2
- Hul bergspiss for fordybling 2 stk agrave kr 4 345helliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 8 690 - Peleelementer oslash813x142 mm 9 m agrave kr 1 207helliphelliphelliphelliphelliphellipkr 10 863 - Levering av dybel 2 stk agrave kr 1 000helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 2 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 21 553
Ramming av staringlpeler PDA-maringlinger av spiss nr 1 nr 2 og nr 3
- Entreprenoslashr-Service helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 80 000 - Multiconsult helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 38 000 - Mesta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 9 000 - SUMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipkr 127 000
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 41
6 Teoretisk beregning med elementmetoden
61 Materialmodeller
Alle elementanalyser av fullskala forsoslashket er utfoslashrt med programmet ABAQUS versjon 692 [5] Basismodellen bestaringr av ulike deler lodd slagpute slaghette ribber samt pel og spissemne i ett Se Figur 6-1 Berget er i basismodellen modellert som en stiv flate med tilsvarende form som spissemnets endeflate og med en kant for sidestoslashtte Alle maringl til pel og pelspiss er hentet fra maringlinger gjort fysisk under forsoslashk Ettersom modellen bestaringr av deler med ulike egenskaper er det laget ulike materialmodeller for de ulike komponentene Pelroslashr og pelspiss Siden pelrammingen medfoslashrte toslashyningshastigheter opp til ca 18 s-1 har det blitt benyttet en Johnson-Cook modell [11] som tar hensyn til dette Johnson- Cook modellen kalibreres vanligvis mot materialforsoslashk for aring bestemme parametrene som inngaringr i modellen men dette ble ikke gjort og modellen er tilpasset ved hjelp av forsoslashk paring tilsvarende materialer fra litteraturen og fra materialsertifikatet til pel 1 Flytespenning i Johnson-Cook modellen er generelt gitt ved
o
pCBAn
py
ln1
A B n og C er materialkonstantene i modellen A er flytespenning B og n avgjoslashr fastningen til materialet og C styrer effekt av toslashyningshastighet p og p
er henholdsvis ekvivalent plastisk
toslashyning og ekvivalent plastisk toslashyningshastighet o er ekvivalent plastisk toslashyningshastighet
som benyttes i forsoslashkene som definerer A B og n Normalt gjoslashres materialforsoslashk i forskjellige hastigheter hvor den laveste hastigheten vanligvis kvasistatisk gir o
Del E GPa
ρ Kgm3
υ A MPa
B MPa
C n o
s-1
Bunnplate 210 7850 03 328 103732 0012 071 510-4 Ribbe 210 7850 03 425 103732 0012 071 510-4 Spiss 210 7850 03 365 103732 0012 071 510-4
Pelroslashr 210 7850 03 434 103732 0012 071 510-4
Tabell 6‐1 Parametre brukt i Johnson‐Cook modellen i ABAQUS [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 42
Figur 6‐1 Ulike enkeltdeler av modellen i midten vises den sammensatte modellen [5]
Fra Figur 6-2 ser man at for spissen og bunnplaten treffer modellen naeligrt sertifikatets fu noe som tyder paring at den konstruerte kurven trolig er en god representasjon av den reelle kurven Det er antatt at toslashyningen ved fu i materialsertifikatene er paring 0015 Kurven for ribbene ender med en fu 12 hoslashyere enn den oppgitte Dette kommer av at forholdet fy fu er betraktelig hoslashyere for ribben enn de andre komponentene men modellen er fortsatt en tilstrekkelig god tilnaeligrming Tilsvarende gjelder for pelroslashret
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 43
Figur 6‐2 Materialdata gitt av sertifikat i forhold til Johnson‐Cook modell [5]
I praksis kan man ta ut spenninger eller andre verdier hvor som helst i analysen men som et utgangspunkt det er hentet ut data i samme punkter som det ble maringlt fysisk fra pelen under forsoslashket I tillegg tas verdier fra den stive platen ut og verdier naeligr toppen av pelen se Figur 6-3 Kraften i den stive platen er representerer rammemotstanden
Figur 6‐3 Hvor og hva som logges av data i basismodellen[5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 44
Berget er modellert som en sylinder med diameter 1 m og hoslashyde 1 m Det ble kjoslashrt mange ulike analyser for aring faring finne ut hvilke materialparametre som ga best mulig samsvar mellom forsoslashk og analyse Densitet og tverrkontraksjon ble ikke variert og var satt til ρ = 2850 kgm3 og υ = 02 for alle analyser Resultater fra disse analysene sammen med erfaringene fra analysene gjort med berget modellert som fjaeligr ble benyttet til aring optimalisere materialparametre De parametrene som ble funnet aring gi best resultater er foslashlgende E=16 500 MPa υ =02 ρ =2850 kgm3 Materialet ble gitt fy =100 MPa deretter oppfoslashrer det seg perfekt plastisk
62 Resultatene sammenlignet med forsoslashket
Det oppnarings godt samsvar mellom forsoslashksdata og analyse saeligrlig i spissemnet Det er noen forskjeller mellom plottene blant annet synker kurven fra forsoslashket dypere etter foslashrste spenningstopp mens analysen garingr noe hoslashyere ved andre spenningstopp Forskjellene er smaring og antas aring komme fra unoslashyaktigheter i modelleringen Resultatene sammenlignet med forsoslashket blir da som i Figur 6-4 til Figur 6-8
Figur 6‐4 Sammenligning mellom forsoslashk og analyse spenninger i nedre strekklapp Fra forsoslashk Fallhoslashyde 30cm serie 2 slag 10 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 45
Figur 6‐5 Kraft fra spenningsmaringling og fra partikkelhastighet multiplisert med Z Alle maringlinger i PDA‐posisjon
[5]
Figur 6‐6 PDA‐plott nummer BN 179 fra forsoslashk for sammenligning med Figur 6‐5 [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 46
Figur 6‐7 Spenninger i spiss ved ulike fallhoslashyder med bergvolum [5]
Figur 6‐8 Synk i berget for ulike fallhoslashyder [5]
Synkeni berget er for hoslashyt spesielt for de hoslashyeste fallhoslashydene For fallhoslashyde 14 er det beregnet synk i ABAQUs paring 8 ndash 12 mm men maringlt synk er ca 1 mm
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 47
Konturplott fra ABAQUS
Figur 6‐9 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 48
Figur 6‐10 Spenninger i spiss ved foslashrste spenningstopp [5]
Det er spenningskonsentrasjoner i peleroslashret der avstivingsplatene er festet i bunnplaten Det er ogsaring spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashverst naeligr peleroslashret og nederst naeligr emnesroslashret I emnesroslashret under avstivningsplatene er ogsaring spenningen hoslashy
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 49
Figur 6‐11 Spenninger i berg ved fallhoslashyde 140 cm [5]
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 50
Figur 6‐12 Oppskalerte deformasjoner fallhoslashyde 140 cm Skalering 50x [5]
7 Laboratorieforsoslashk med nedskalerte staringlspisser
I masteroppgave til Sveinung J Tveito [5] ble det utfoslashrt nedskalerte forsoslashk paring SIMLab ved NTNU Structural Impact Laboratory (SIMLab) arbeider med aring utvikle metoder og verktoslashy for utvikling av konstruksjoner utsatt for stoslasht og kollisjoner SIMLabs utstyr brukes til testing av materialer og komponenter ved raske paringlastningshastigheter og spenningsendringer Andre testrigger brukes til testing av strukturer for aring etterproslashve numeriske modeller Forsoslashkene ble foretatt for aring undersoslashke om emnesroslashrets endeflate hadde betydning for nedtrengning i berget og for aring undersoslashke effekten av forboring i berget Det ble benyttet en forenklet modell av pelespissen med emnesroslashr som hadde samme forhold mellom diameter og tykkelse som de in situ Berget ble erstattet med betong for aring faring homogene forhold for alle spissene Det er en egen vitenskap det aring nedskalere staringl og belaste dette og denne skaleringen ble utfoslashrt av SIMLab Lastnivaring spenningshastighet og emnesroslashr ble nedskalert tilsvarende in situ test
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 51
Forsoslashket ble utfoslashrt ved at et lodd paring 2515 kg med fast fallhoslashyde paring 15 m ble sluppet mot et emnesroslashr plassert paring en betongblokk Synk ble maringlt med maringlebaringnd for hvert slag En rigg ble laget hvor loddet som var en staringlsylinder med staringlkvalitet S355J2 ble holdt oppe av en elektromagnet Elektromagneten hang i en kran Ved utkobling av stroslashmmen til magneten slapp den taket og loddet falt ned Etter hvert slag ble magneten koblet til igjen senket ned og festet til loddet Deretter ble loddet loslashftet opp til korrekt fallhoslashyde paring 15 m For aring holde loddet stabilt under fallet ble det festet foslashringslister til loddet Disse hadde bare noen faring millimeters klaring til foslashringsroslashret til loddet Foslashringsroslashret ble holdt fast vertikalt og horisontalt av en gaffeltruck og en treramme Foslashringsroslashret hvilte paring trelekter som igjen stod paring betongblokken Selve emnesroslashret ble holdt fast sideveis av to sirkelformede finerplater som var plassert oppe paring trelektene inne i roslashret Betongblokken hadde bredde lengde og hoslashyde B = 306 mm L = 2000 mm og H = 805 mm Betongen hadde en sylinderfasthet fcck = 60 MPa og elastisitetsmodul E = 39 000 MPa Samme betongblokk ble benyttet til alle 4 slagseriene Betongblokken laring paring en gummimatte paring 10 mm Det ble for to av spissene forboret et hull med diameter Oslash30 mm hvor det ble plassert en dybel som var et armeringsjern med diameter Oslash28 mm Emnesroslashrene var fra samme roslashrlengde Staringlkvaliteten til emnesroslashret var S355J2G3 Emneroslashrene ble saget i 200 mm lengder Deretter ble de dreiet til oslashnsket geometri Geometri er vist i Figur 7-1 og maringl er vist i Tabell 7-1 Form paring
endeflate H
[mm]h
[mm] D
[mm] dy
[mm] di
[mm] t dyt
Spiss 1 Rett 200 501 714 581 322 1295 449 Spiss 2 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 3 Konkav 200 497 714 581 322 1295 449 Spiss 4 Rett 200 501 714 580 322 1290 450 SV-spiss Konkav 219 119 50 438 Ruukki-spiss Rett m paringleggsv 240 100 70 343 Tabell 7‐1 Maringl paring nedskalerte emnesroslashrene
Areal nedskalert spiss 1 835 mm2 Areal SVV-spiss 26 533 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 114 Areal RUUKKI-spiss 37 366 mm2 Det gir en nedskalering paring ca 120 Det ble utfoslashrt fire slagserier
1 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot hel betong 2 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot hel betong 3 Emnesroslashr med rett endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel 4 Emnesroslashr med konkav endeflate rammes mot betong med forboret hull med dybel
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 52
Figur 7‐1 Til venstre oppsett av foslashrsoslashksrigg og til hoslashyre emnesroslashrets geometri
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 53
Figur 7‐2 Forsoslashksriggen for nedskalerte forsoslashk
Resultater Emnesroslashr 1 og 4 med rett endeflate fikk store deformasjoner under rammingen Paring emnesroslashr 1 ble en side ble saeligrlig utboslashyd og noen steder ble biter av Paring emnesroslashr 4 ble store biter slaringtt av og det var noen plastiske inntrykninger Emnesroslashr 2 og 3 med konkav endeflate ble i mindre og liten grad deformert Paring emnesroslashr 2 var det noe staringl revet av langs kanten
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 54
Figur 7‐3 Foslashr og etter bilde av den rett spissen slagserie 1
Figur 7‐4 Krateret til den rett spissen slagserie 1
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 55
Figur 7‐5 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate slagserie 2
Figur 7‐6 Krateret til den spissen med konkav endeflate slagserie 2
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 56
Figur 7‐7 Foslashr og etter bilde av spissen med konkav endeflate og forboring slagserie 3
Figur 7‐8 Krateret til spissen med konkav endeflate med forboring slagserie 3
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 57
Figur 7‐9 Foslashr og etter bilde av den rett spissen med forboring slagserie 4
Figur 7‐10 Krateret til den rette spissen med forboring slagserie 4
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 58
Tabell 7‐2 Oppsummering av nedskalerte forsoslashk Emnesroslashr
1 Rett
[mm]
Emnesroslashr 2 Konkav [mm]
Emnesroslashr 3 Konkav med dybel
[mm]
Emnesroslashr 4 Rett med dybel
[mm]
dy etter ramming 62 60 588 60 Δ dy 39 19 07 19 h etter ramming 495 48 495 47 til 49 Δ h -06 -17 -02 -11 til -31 Krater Dmax 200 230 220 270 Krater Dmin 160 130 200 190 Krater Dmiddel 180 195 210 230 Krater dybde 45 55 60 62
Spissen med klart minst skader var emnesroslashr 3 Den hadde konkav endeflate og ble rammet i forboret hull med dybel Spissene som ble rammet med dybel hadde best nedtrengning og betongen var knust med stoslashrst midlere diameter Spissene tillates aring danse i laboratoriet enn i grunnen siden det ikke er sidestoslashtte av loslashsmasse her Det kan likevel observeres at pelene roterer under nedramming ogsaring ved ordinaeligre rammejobber paring peler Det er noen feilkilder som kan ha paringvirket resultatene Alle spissene ble rammet i samme betongblokk Synken i betongblokken ble stoslashrre og stoslashrre for hver spiss Til slutt delte betongblokken seg i to De siste forsoslashkene kan vaeligre paringvirket av tidligere ramming og svakheter i betongen som kan ha oppstaringtt da Fallhoslashyden ble ikke justert i forhold til synken dvs at fallhoslashyde varierte mellom 15 og 156 m Det er heller ikke tatt hensyn til friksjon og valgt en virkningsgrad paring loddet paring under 10
8 Oppsummering av alle forsoslashk
81 Rammespenninger i pelespissens delelementer
Vi har beregnet spenninger ved hjelp av Abaqus men spenninger i de ulike konstruksjonsdeler har vi i mindre grad faringtt verifisert ved hjelp av fullskalaforsoslashket Fullskalaforsoslashket var vellykket men i ettertid av fullskalaforsoslashket kan vi se at det hadde vaeligrt en fordel aring ha montert flere strekklapper Vi savner strekklapper paring avstivningsplatene bunnplaten og paring pelroslashret rett i overkant av pelroslashret Vi hadde hatt glede av foslashlgende ekstra strekklapper
3 strekklapper plassert i trekant paring to avstivningsplater (2 naeligr emnesroslashr oppe og nede og 1 naeligr ytterkant av roslashr oppe) dvs 6 totalt
4 strekklapper paring bunnplate (2 over avstivningsplate og 2 i felt mellom avstivingsplatene) ndash plassert slik at de registrerte vertikale spenninger
4 strekklapper paring roslashr rett over bunnplate plassert paring tilsvarende sted som paring bunnplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 59
Da hadde vi kunnet vurdert spenningen ytterligere Det hadde ogsaring vaeligrt en fordel aring maringlt hoslashyde innvendig emnesroslashr foslashr og etter ramming for aring se paring eventuell stukning av emnesroslashret
Maringlinger med strekklapper av SVV-spissen viser at emnesroslashret 270 mm fra spissen (under avlastningsplatene) garingr til flytning Emnesroslashret 500 mm spissen garingr ikke til flytning
Hvis en sammenligner de oslashvre og nedre strekklappene paring de to oslashverste fallhoslashydene ser vi at spenningen i de oslashvre strekklappene flater ut Det kan tyde paring at det blir stoslashrre deformasjoner i emnesroslashret slik at avlastningsplatene faringr stoslashrre andel av belastningene enn ved de lavere fallhoslashydene Avlastningsplatene var ikke instrumentert slik at denne teorien er ikke verifisert
For RUUKKI-spissen finnes ikke gode maringlinger ved fallhoslashyder over 05 m Vi har dermed ikke faringtt maringlt om staringlet flyter eller ikke Staringlarealet i RUUKKI-spissen er noe stoslashrre enn SVV-spissen saring spenningsnivaringet ligger naturlig nok noe lavere maringlt ved samme fallhoslashyde
SVV-spissen er beregnet ikke RUUKKI-spissen Spenningsplottene viser at emnesroslashret oppnaringr flytespenning under avstivningsplatene
82 Dynamisk forsterkningsfaktor
Dynamisk forsterkningsfaktor kfr Peleveiledningen 2001 [2] pkt 462
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐1 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og oslashvre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 60
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐2 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐piss nr 1 og nedre strekklapper
00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 20 40 60 80 100 120 140
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 20
Teoretisk
8‐3 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 20 forsterkningsfaktorer Data fra SVV‐spiss nr 1 og nedre strekklapper
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 61
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐4 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og nedre strekklapper
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Fallhoslashyde [cm]
[
MP
a]
Fullskalaforsoslashk
Peleveiledingen fw = 18
Teoretisk
8‐5 Sammenligning av teoretisk spenning og fullskalaforsoslashk spenning ved 18 forsterkningsfaktorer Data fra RUUKKI‐spiss nr 3 og oslashvre strekklapper
Fullskalaforsoslashket er i yttergrense i forhold til naturlige rammebetingelserVi har en svaeligrt kort staringlpel som ikke staringr i loslashsmasser Det er derfor ingen dempning i forhold til friksjon mot loslashsmasser Pelloddet slarings under svaeligrt kontrollerte former paring en vertikal pel Vi har maringlt
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 62
virkningsgrad paring loddet opp til 14 Det er derfor naturlig at spenningen har en hoslashy forsterkning ogsaring hoslashyere enn det som er beskrevet i Peleveiledningen [2] Vi ser i figur 8-1 til 8-5 at baringde RUUKKI-spissen og SVV-spissen overstiger verdiene for forsterkning i peleveiledningen Hvordan ulikt areal mellom pelespiss og peleroslashr innvirker paring resultatet er ikke vurdert
83 Spenninger i staringl ved rask lastparingfoslashring som ved peleramming
I Peleveiledningen (1991) [3] pkt 95 er det beskrevet at staringlets spenning kan overskrides med 25 ved rask lastparingfoslashring saring som sluttramming av peler Dette er ikke kommet med i ny peleveiledning (2005) [2] Det er hold i aring tillate spenningsoverskridelser i forhold til foretatte litteraturstudier Ramming med hydraulisk fallodd skjer over et meget kort tidsrom Paringlastningen foregaringr mellom 0 og 002 s Paring dette korte tidsrommet blir pelen og spissen utsatt for en kraftig impulsbelastning og det oppstaringr toslashyning i staringlet over ekstremt kort tid Naringr staringl deformeres ved hoslashy toslashyningshastighet oslashker fastheten til staringlet Det er derfor mulig aring akseptere en hoslashyere von Mises spenning i resultatene enn staringlets vanlige flytespenning Figurene nedenfor er et resultat av forskning paring temaet ved NTNU [10] I Figur 8-6 er det vist spennings- toslashyningsdiagram for staringl ved forskjellige toslashyningshastigheter
Figur 8‐6 ‐ Spennings‐ toslashyningsdiagram ved forskjellige toslashyningshastigheter [10]
Spennings- toslashyningsdiagrammet viser at baringde flytespenningen og bruddspenningen til staringlet blir hoslashyere med oslashkt toslashyningshastighet Denne oslashkningen skjer lineaeligrt med logaritmen til toslashyningshastigheten som vist i Figur 8-7
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 63
Figur 8‐7 Trender funnet ved testing av toslashyningshastigheter paring St52‐3N staringl merk at den ene aksen er logaritmisk [11]
Naringr en dimensjonerer en pel boslashr en tenke gjennom hvor en oslashnsker at kreftene skal garing Naringr en del av pelspissen begynner aring flyte vil den deformere seg og kreftene vil omlagres Hvis en oslashnsker aring benytte slanke avstivingsplater vil det vaeligre fornuftig aring bruke tilstrekkelig areal i emnesroslashret i spissen og ikke benytte seg av den ekstra kapasiteten som en faringr ved rask paringlastning som kurvene over viser
9 Konklusjoner og anbefalinger
En pelspiss mot berg baeligrer paring trykk Den taringler derfor mye deformasjon og vil fremdeles vaeligre fullgod konstruktiv Saring lenge det ikke blir brudd mellom emnesroslashr og bunnplate vil den fungere i permanent tilstand naringr staringlroslashret blir utstoslashpt med betong For geotekniske konstruksjoner har det vaeligrt vanlig aring dimensjonere staringlet elastisk og ikke benytte seg av den plastiske kapasiteten av staringlet En spiss med liten plastisk deformasjon har etter varingr vurdering bedre nedtrengningsevne i berget
Figur 9‐1 Spenningsdiagram for strekkstaver viser at selv om staringlet oppnaringr plastisk toslashyning vil staringlet fremdeles vaeligre baeligredyktig fram til brudd Elastisk toslashyning ξ = Eσ legges til den plastiske toslashyningen ved gjentagende belastning
Det er ikke oslashnskelig med mye plastisk deformasjon under nedramming og varingr vurdering er at SVV-spissen hadde en bedre utforming enn RUUKKI-spissen i fullskalaforsoslashket Naringr vi maringler elastisk og plastisk stukning ved bevegelsesmaringlinger vil det vaeligre en feilkilde hvis det er mye
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 64
plastisk deformasjon av staringlet Hvis paringleggssveisen bretter seg ut og legger seg utenparing emnesroslashret vil ikke bevegelsesmaringlingene for beregning av baeligreevne bli korrekte Konstruktoslashren av pelen kan paringvirke kreftenes gang i pelspissen ved hjelp av de ulike dimensjonene paring konstruksjonsdelene Vi vil anbefale at det garingr mye krefter gjennom emnesroslashret Da maring det benyttes en kraftig bunnplate og emnesroslashr Naringr bunnplaten deformerer seg lite vil det komme mindre krefter ut i avstivningsplatene Store sveiser er kostbare aring produsere og det er derfor oslashnskelig aring minimere sveisen mellom avstivningsplater og bunnplate og mellom avstivningsplate og emnesroslashr Mellom avstivningsplate og bunnplate maring det vaeligre en K-sveis (full gjennomsveising) siden det er overfoslashring av krefter paring trykk For aring redusere a-maringlet paring sveisen her maring derfor avstivingsplatens tykkelse reduseres Det var ikke bukling paring avstivningsplatene paring Ruukkis pel i fullskalaforsoslashket Naringr vi ser paring spenningen som opptre Paring Figur 9-2 er det vist et eksempel der avstivningsplatene har buklet paring en pel med diameter Oslash=610 mm her er avstivningsplatens tykkelse t = 15 mm og bunnplatens tykkelse 60 mm Dette gir t = 0025 Oslash og T = 01 Oslash For diameter Oslash800 mm anbefaler vi t = 25 mm og T = 80 mm Det gir t = 0030 Oslash og T=01 Oslash Anbefaling i Peleveiledningen i dag er t = 0035 Oslash og T = 01Oslash Vi anbefaler avfasing av hjoslashrnene paring avstivingsplatene Der trekanten i hjoslashrnene garingr ut mot null vil det oppstaring store spenningskonsentrasjoner En avfasing av hjoslashrner paring 20 mm er derfor aring anbefale Se Figur 9-3 der dette er gjort
Figur 9‐2 Bukling av avstivningsplater med tykkelse t=15 mm Foto Hannu Jokiniemi
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 65
91 Forslag til endringer i Peleveiledningen
Peleveiledningen [2] tabell 48 Tabellen for forsterkningsfaktor for stoslashtboslashlger fw gir verdier for synk stoslashrre enn 5 mm og mindre enn 1 mm Ved stoppslagning er vanligvis synken mellom 1 og 3 mm Tabellen er derfor litt vanskelig aring tolke i dette omraringdet Vi har doslashpt faktoren fw
rdquoforsterkningsfaktor for stoslashtboslashlgerrdquo i denne rapporten men den kan godt faring et navn i Peleveiledningen ogsaring Vi har sett at endeflatens utforming har betydning Vi vil anbefale at Peleveiledningen gir raringd om at endeflaten er konkav (hulslipt) Dette er allerede beskrevet i Bjerrums NGI-publikasjon i 1957[7] Det er spenningskonsentrasjoner i avstivingsplaten oslashvre og nedre hjoslashrnet der platen er festet til emnesroslashret og topplaten Vi vil foreslaring at det kommer en anbefaling om aring avfase hjoslashrnene paring avstivingsplaten med 20 mm kfr Figur 9-3
Figur 9‐3 Pelespiss med hulslipt endeflate og avfasing av hjoslashrner paring avstivningsplate
Under stoslashtboslashlger boslashr det ogsaring omtales spenningsendringer ved dimensjonsforskjeller Det er ulik spenning i spiss og roslashr hvis det er ulikt areal i spiss og roslashr kfr kapittel 41 om stoslashtboslashlgeteori
Figur 9‐4 Diskontinuitet i tverrsnitt
I tilfelle naringr densiteten og elastisitetsmodulen E er lik for de to materialene kan spenningen beskrives med foslashlgende forhold
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 66
it AA
A
21
12 og ir AA
AA
21
12
Oslashkning av flytegrensen ved store toslashyningshastigheter boslashr legges inn i Peleveiledningen igjen kfr kapittel 83
92 Peleavstand
I fullskalaforsoslashket registrerte vi at spissen paringvirket i en diameter i berget paring ca 800 ndash 1000 mm Emnesroslashrdiameteren var 220 ndash 240 mm Det vil si at berget ble paringvirket i en diameter 3 ndash 4 ganger ytre diameteren til spissen Vi saring det tilsvarende skjedde ved nedskalerte forsoslashket Der registrerte vi krater i betongen 180 ndash 230 mm og ytre diameter paring spiss var 58 mm Betongen ble dermed paringvirket tilsvarende som fullskalaforsoslashket 3 ndash 4 ganger ytre diameter til spissen Konklusjonen er at med dagens krav i Peleveiledningen 3 - 5 ganger pelediameteren vil en ha god nok avstand mellom pelene Pelespissens nedtrengning i berg vil ikke paringvirke berget til nabopelen
10 Forslag til videre arbeid
101 Spissens utforming for peler med diameter 800 mm
1011 Parameterstudie i Abaqus
Beregningene i Abaqus har deformasjonene i berget blitt for store Det boslashr gjoslashres nye beregninger der en justerer parametrene i berget slik at deformasjonen blir korrekt En vurdering av diskontinuitetsformelen i Abaqus Hvordan er spenningen i de ulike konstruksjonsdelene avhengig av areal Reflekteres det mye i bunnplaten som har et stort areal Deretter boslashr det foretas en parameterstudie der en endrer dimensjonene paring pelspissens deler Bunnplate er beregnet med T = 80 mm T = 60 og 100 mm ville vaeligrt interessant
kanskje ogsaring trinn i mellom Avstivningsplate tr = 30 mm Det kan vaeligre interessant aring se paring tr = 20 mm med
varierende tykkelse paring bunnplaten Varierende areal paring emnesroslashret Vi har beregnet med ca 26 000 mm2 Det kan vaeligre
interessant aring se paring 37 000 mm2 og 20 000 mm2 Det boslashr gjoslashres en vurdering av sikkerhet i forhold til ugunstige forhold saring som skraringtt berg
1012 Sveisenes a-maringl
Det boslashr gjoslashres en tilbakeregning av spenninger beregnet i Abaqus ogeller maringlt i fullskalforsoslashk for aring gi dimensjoner paring sveisene mellom emnesroslashr og avstivningsplate
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 67
1013 Vurdering av herding maskinering og paringleggssveis paring bergspissen
Fullskalaforsoslashket viste at spissen med konkav endeflate og herding var tilnaeligrmet uparingvirket av den harde rammingen Det var svaeligrt smaring skader og deformasjoner Hva er aringrsaken til dette For aring studere dette naeligrmere foreslaringr vi videre vurderinger En metallurgisk litteraturstudie og vurdering av herdingens innvirkning paring staringlet Dette
kan inkludere en befaring paring et herdeverksted Kan man oppnaring tilstrekkelig brinell-hardhet ved aring benytte andre staringlsorter og paring den
maringten unngaring herding I foslashrste trinn et nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate der de har ulik
behandling a Vanlig S355-staringl b Herdet S355-staringl c Maskinert spiss med paringleggssveis slik at den faringr en tilsvarende geometri som en
spiss med konkav endeflate d Vanlig S460-staringl
I de nedskalerte forsoslashkene boslashr en redusere ulikheter med naturen Ved senere forsoslashk kan en tilstrebe aring stoslashpe inn gneis i betongen og ramme spissene mot gneis i stedet for betong
I neste trinn kan det vaeligre aktuelt md et nytt fullskalaforsoslashk
1014 Hva er best avslutning paring emnesroslashret konkav eller rett endeflate
Ved en visuell vurdering av spissene etter ramming er det klart at spissene med konkav endeflate har minst deformasjon og skader I det nedskalerte forsoslashket var alle spissene likt behandlet Ingen av spissene er her herdet Vi ser det samme i fullskalaforsoslashket Her er spissene med konkave endeflater nesten helt uskadet Spissene er herdet og dette vil paringvirke resultatet Spissene med rett endeflate og paringleggssveis kommer daringrligst ut visuelt Her er spissen deformert og paringleggssveisen brettet ut etter ramming For videre arbeid vil vi foreslaring i foslashrste trinn foreta flere nedskalerte forsoslashk med spisser med konkav endeflate Neste trinn kan vaeligre fullskalaforsoslashk
102 Bergets innvirkning paring opptredende spenninger i spissen
Vi har foretatt et fullskalforsoslashk med bergarten gneis Andre bergarter vil ha annen motstandsevne mot inntregning Ved senere fullskalaforsoslashk eller nedskalerte forsoslashk vil det vaeligre interessant aring vurdere andre bergarter enn gneis Vi har erfaring at foslashlgende bergarter er vanskelig aring ramme i Kalkfjell i Porsgrunn (Steinar Giske) Rombeporfyr Drammen (Grete Tvedt)
Teknologirapport
Vegdirektoratet
Side 68
103 Fullskalaforsoslashk med massiv spiss
Ved ramming av massive spisser er ytre diameter mindre enn ved hule bergspisser Vi faringr ikke forboret i berget foslashr en rammer spissen ned Det kan vaeligre interessant aring se eventuell forskjellig oppfoslashrsel hule og massive spisser
1031 Andre peledimensjoner ndash kan vi bare opp- og nedskalere
Fram til naring i FOU-prosjektet har vi kun sett paring staringlroslashrspeler med diameter 814 mm Vi har ikke nok informasjon til aring vurdere hvordan spenningene endrer seg ved andre dimensjoner av peler Dette ville vaeligrt interessant aring se paring numerisk naringr vi har faringtt en god modell Pelediametre som kan vaeligre aktuelle er 600 mm 1000 mm og 1200 mm
11 Referanser
1 Geovita og Aas-Jakonsen (Frank Fredriksen og Dag Ivar Ytreberg) Standardiserte hule bergspisser ndash Statisk analyse og dimensjonering 1432008
2 Norsk geoteknisk forening og den norske pelekomite Peleveiledningen 2005 3 Den norske pelekomite og NBR Peleveiledningen 2 utgave 1991 4 Forseth A K Undersoslashkelser av staringlroslashrspeler og standardiserte pelspisser
Masteropgave juni 2009 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 5 Tveito SJ Ramming av staringlroslashrspeler med bergspiss mot fjell Forsoslashk og numeriske
analyser Masteropgave juni 2010 Institutt for konstruksjonsteknikk NTNU 6 Haringndbok 016 Geoteknikk i vegbygging 7 NGI-publikasjon nr 23 Experiences with steel piles to rock 8 NBG Norwegian Group for Rock Mechanics Engineering Geology and Rock Engineering
Handbook No 2 2000 9 Eiksund G Dynamic testing of piles Doktor ingenioslashravhandling 199431 institutt for
geoteknikk Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) 1994 10 Langseth M Lindholm US Larsen PK og Lian B Strain Rate Sensitivity of Mild
Steel Grade St52-3N Journal of Engineering Mechanics 1991 Vol117 11 Johnson GR Cook WH A constitutive model and data for subjected to large strains high
strains high strain rates and high temperatures Proc 7th Int Symp on Ballistics pp 541 ndash 547 The Hague The Netherlands April 1983
Vedlegg A PDA rapport
MULTICONSULT AS Nedre Skoslashyen vei 2 middot Pb 265 Skoslashyen middot 0213 Oslo middot Tel 21 58 50 00 middot Fax 21 58 50 01 middot wwwmulticonsultno middot NO 910 253 158 MVA clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Entreprenoslashrservice AS Att Harald Amble Rudssletta 24
1309 RUD
Deres ref 25283 Varingr ref 120535JOT Oslo 13 april 2010
PDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
Vi viser til utfoslashrte PDA-maringlinger i uke 14 i forbindelse med Forskning paring pelespiss ved E6 Dal Multiconsult AS ble forespurt av Entreprenoslashrservice AS om aring utfoslashre maringlingene og oversender herved resultatene fra maringlingene rapportert i brevs form
Det er utfoslashrt maringlinger paring tre staringlroslashrspeler P10A Ruukki og P10B Dimensjoner for pel og spiss er presentert i figur 1 Pelene er rammet paring fjell i dagen Pelerammingen er utfoslashrt av Entreprenoslashrservice Pelemaskinen som slo paring pelen har et Junttan 9t akselererende lodd
Figur 1 Dimensjoner for pel og spiss (refIII)
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 2 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Rammingen ble utfoslashrt i forbindelse med et forskningsprosjekt i regi av VegvesenetNTNU
Pelen ble instrumentert med PAK PDA-utstyr (ref I) av Multiconsult AS torsdag 8april 2010 Det ble utfoslashrt PDA maringlinger kontinuerlig ved ramming paring pelene
I tillegg ble nederste del av pel og pelespiss (steg) instrumentert med strekklapper for aring maringle spenninger i staringlet (NTNU) Ved utvalgte slag ble det logget data fra strekklappene og ogsaring filmet med hoslashyfrekvent kamera For aring sammenstille resultater fra strekklapper og PDA blir PDA raringdata filer oversendt til NTNU i etterkant
Det er presentert et plot fra PDA maringlinger for hver pel plottene er gitt for foslashlgende fallhoslashyder
Ett utvalgt slag med 10 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 20 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 30 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 60 cm fallhoslashyde
Ett utvalgt slag med 140 cm fallhoslashyde
Hensikten med PDA-maringlingene var aring dokumentere spenninger i staringlet energitilfoslashrselen fra pelehammer (virkningsgrad paring loddet) og baeligreevnen til pelene I tillegg vil PDA maringlingene bli sammenstilt med resultatene fra strekklappene montert av NTNU
Tabell 1 viser verdier som er tatt ut fra PDA maringlingene
Baeligreevne gitt fra PDA maringlingene skal kun betraktes som veiledende Grunnet kort avstand til spiss gir maringlingene et litt vanskelig grunnlag for noslashyaktig tolkning av refleksjonsboslashlgene Resultatene fra PDA maringlingene gir foslashlgende maksimum baeligreevne
P 10A = 13005 kN P Ruukki = 9907 kN og P10 B 9818 kN
PDA-maringlingene har dokumentert maksimalt tilfoslashrt energi fra pelehammeren tilsvarende 1289 kNm Dette tilsvarer en virkningsgrad paring 104 for fallhoslashyde 14 m Det bemerkes at det ikke noslashdvendigvis er godt samsvar mellom fallhoslashyde gitt i tabellen og faktisk fallhoslashyde for slaget dette gir i noen tilfeller svaeligrt hoslashy virkningsgrad og i andre tilfeller en lav virkningsgrad
Det bemerkes ogsaring at anslag paring en ujevnt kappet peletopp kan medfoslashre redusert tilfoslashrt energi og dermed redusert virkingsgrad paring falloddet
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 3 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 1 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10A
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 85 160 341 56 1289
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 3783 4922 6583 9020 12154
Virkningsgrad η [-] 096 091 129 106 104
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 3757 5036 6775 9450 13005
Rammepenning σ 1) [MPa] 1062 1381 1847 2531 3411
Registrert synk prslag [mm] 45 007 2 1 1
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 27 105 179 467 498
Filnavn 10A 10A 10A 10A 10A
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 4 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 2 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P Ruukki
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7450 7450 7450 7450 7450
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 103 181 287 475 977
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4522 5690 6858 7461 9188
Virkningsgrad η [-] 117 102 108 090 079
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4324 5640 6898 7811 9907
Rammepenning σ 1) [MPa] 1438 181 2181 2373 2923
Registrert synk prslag [mm] 1 1 04 02 54
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 27 280 389 415
Filnavn Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki Ruukki
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 5 av 21 clivelinkotlocal02live~1workbin5dbd260pda_maringlinger_fou pelespissdocx
Tabell 3 Registerte verdier for PDA maringlinger
Maringling P 10B
Fallhoslashyde HHK90 [m] 01m 02m 03m 06m 14m
Total lengde L [m] 7525 7525 7525 7525 7525
Maringlelengde (givere til pelespiss) LE [m] 30 30 30 30 30
Lengde i jord LP [m] 005 01 02 035 04
Loddvekt W [kN] 90 90 90 90 90
Tilfoslashrt energi E [kNm] 97 248 296 419 1097
Maks kraft (FMX) PDA [kN] 4159 5693 6141 7529 11142
Virkningsgrad η [-] 11 14 112 079 089
Karakteristisk baeligreevne Qk fra PDA med JC = 00 [kN] 4356 5674 6070 7153 9818
Rammepenning σ 1) [MPa] 1167 1598 1723 2113 3127
Registrert synk prslag [mm] 36 04 07 05 16
Slag nummer registrert i PDA 2) [-] 16 162 274 360 386
Filnavn 10B 10B 10B 10B 10B
1) Rammepenning registrert 3 m fra pelespiss
2) Det er utfoslashrt flere slag registreringer for aring teste PDA-utstyr i forkant Registrerte tall kan derfor avvike fra peleprotokoller
For videre tolkning av resultat og oversendelse av raringdata etc anbefales direkte kontakt mellom Multiconsult og NTNU for diskusjoner supplerende CAPWAP analyser (hvis oslashnskelig) Dersom oslashnskelig kan ogsaring Sigbjoslashrn Roslashnning ved varingrt kontor i Trondheim bistaring ved diskusjon av resultater osv
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 7 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 2708042010 115515FMX kN3783CSB MPa1054FVP []07RMX kN3757QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 8 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 10508042010 120317FMX kN4922CSB MPa1413FVP []07RMX kN5036QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 9 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 17908042010 121421FMX kN6583CSB MPa1901FVP []08RMX kN6775QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 10 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 46708042010 123558FMX kN9020CSB MPa2652FVP []08RMX kN9450QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
10000kN
F
690ms
V
205ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 11 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P10A 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310A813
BN 49808042010 124614FMX kN11980CSB MPa3600FVP []05RMX kN12829QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa207000SP kNm3773WS ms51246EAC kN-sm1439
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
205ms
15000kN
F
1042ms
V
205ms
15000kN
WD
15000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 12 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 1608042010 140323FMX kN4522CSB MPa1376FVP []07RMX kN4324QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 13 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 2708042010 140451FMX kN5690CSB MPa1794FVP []08RMX kN5640QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 14 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 28008042010 142527FMX kN6858CSB MPa2194FVP []10RMX kN6898QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 15 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 38908042010 143351FMX kN7461CSB MPa2485FVP []07RMX kN7811QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 16 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P Ruukki 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 2002093RUUKKI813
BN 41508042010 143718FMX kN9188CSB MPa3151FVP []05RMX kN9907QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^231436EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1279
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
102ms
12000kN
F
938ms
V
102ms
12000kN
WD
12000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 17 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 01 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 1608042010 154425FMX kN4159CSB MPa1223FVP []08RMX kN4356QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 18 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 02 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 16208042010 155337FMX kN5693CSB MPa1592FVP []05RMX kN5674QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 19 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 03 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 27408042010 155938FMX kN6141CSB MPa1703FVP []09RMX kN6070QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 20 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 06 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 36008042010 160511FMX kN7529CSB MPa2007FVP []09RMX kN7153QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
10000kN
F
690ms
V
256ms
10000kN
WD
10000kN
WU
M U L T I C O N S U L TPDA FoU Pelespiss Rapportering av PDA maringlinger
120535JOT 13 april 2010 Side 21 av 21 clivelinkotlocal01live~1workbin5dbd261pda_maringlinger_fou pelespissdocx
PDA utskrift P 10B 14 m
Noteby ASFOU PelespissPDA OP JOT
PILE DRIVING ANALYZER regVersion 200209310B813
BN 38608042010 160750FMX kN11142CSB MPa2755FVP []02RMX kN9818QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000QNV []000
LE m30AR cm^235635EM MPa210000SP kNm3773WS ms51616EAC kN-sm1450
F12 A12
F1 [6918] 921 (1)F2 [9789] 919 (1)A1 [52208] 1091 gsv (1)A2 [14131] 1005 gsv (1)
120 ms
256ms
15000kN
F
1035ms
V
256ms
15000kN
WD
15000kN
WU
Vedlegg B Rammeprosedyre og rammeprotokoll
Veiledende rammeinstruks
Fallhoslashyde rdquoHrdquo [cm] Minimum antall serier [agrave 10 slag]
Grense for synkning le [mm]
Trinn 1 10 1 2 Trinn 2 20 1 2 Trinn 3 30 1 2 Trinn 4 40 1 2 Trinn 5 50 1 2 Trinn 6 60 1 2 Trinn 7 70 1 2 Trinn 8 80 1 2 Trinn 9 100 1 2
Rammeprotokoll Spiss nr 1 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 43
10 45
10 55
10 43
10 11
10 5
10 3
10 2
20 10 1
10 7
10 2
30 10 10
10 14
10 16
10 21
10 19
10 10
10 7
10 6
10 5
10 6
10 4
10 4
10 3
40 10 3
10 3
10 3
50 10 7
10 9
10 5
10 5
10 4
10 8
60 10 5
10 9
100 10 11
140 10 16
10 10
Rammeprotokoll Spiss nr 2 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 36 40 10 4
10 16 10 5
10 4 10 5
10 6 10 4
10 5 10 5
10 3 10 3
10 3 10 5
10 6 10 2
10 7 50 10 1
10 9 60 10 5
10 7 10 4
10 4 10 5
10 6 100 10 6
10 4 10 13
10 4 140 10 16
10 8
10 5
10 8
10 6
10 4
10 4
10 3
10 2
20 10 4
10 3
30 10 7
10 7
10 9
10 16
10 10
10 8
10 11
10 8
10 5
10 7
10 3
10 3
10 4
Rammeprotokoll Spiss nr 3 Fallhoslashyde
(cm) Antallslagsynk (mm)
Fallhoslashyde(cm) Antallslag
synk (mm)
10 10 10 50 10 3
10 16 10 3
10 2 60 10 3
20 10 10 10 2
10 9 10 1
10 10 100 10 13
10 9 10 19
10 3 140 10 54
10 4
10 3
30 10 5
10 5
10 6
10 9
10 5
10 14
10 6
10 7
10 10
10 18
10 25
10 29
10 25
10 16
10 3
10 8
10 4
40 10 5
10 2
10 0
10 3
10 4
10 5
10 5
10 3
10 2
Statens vegvesen VegdirektoratetPublikasjonsekspedisjonen
Boks 8142 DepN-0033 Oslo
Tlf (+47 915)02030E-post publvdvegvesenno
ISSN 1892-3844