Badania dynamiczne – optymalizacja fundamentów palowych w praktyce

Zgodnie z normą PN-EN 12699 „Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych – Pale przemieszczeniowe”, badanie dynamiczne polega na pomiarze odkształceń i przyspieszeń w głowicy pala podczas jego dynamicznego obciążenia.
Na badanym palu instaluje się zazwyczaj dwie pary czujników – tensometrów i akcelerometrów – po obu stronach trzonu, kilka średnic poniżej jego głowicy. Czujniki rejestrują odkształcenia sprężyste i przemieszczenia trwałe, a jednostka pomiarowa zapisuje parametry uderzenia młota lub balastu.

Na podstawie zarejestrowanych danych analizuje się rozkład sił i prędkości wzdłuż pala, rozdzielając fale poruszające się w dół i w górę. To pozwala określić jego nośność dynamiczną oraz zidentyfikować ewentualne nieciągłości materiałowe czy zmiany w warunkach gruntowych.
Dzięki temu już w trakcie instalacji można ocenić, jak pala współpracuje z gruntem i czy zaprojektowana długość jest wystarczająca.

Metody analizy – CASE i CAPWAP

W badaniach dynamicznych stosuje się najczęściej dwie uzupełniające się metody analityczne: CASE i CAPWAP.

• Metoda CASE zakłada, że opór dynamiczny pala jest proporcjonalny do prędkości penetracji jego podstawy. Współczynnik proporcjonalności określa się na podstawie impedancji materiału i tłumienia fal w trzonie pala.

• Metoda CAPWAP wykorzystuje model obliczeniowy, który dopasowuje symulowaną falę powrotną do tej zarejestrowanej w badaniu. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie dokładnych informacji o nośności granicznej, z rozbiciem na stopę i pobocznicę, a także o relacji obciążenie–osiadanie, odpowiadającej wynikom testu statycznego.

Połączenie obu metod pozwala na uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników i korelację danych w całym zakresie głębokości pala. Jak pokazują doświadczenia, różnice między wynikami badań dynamicznych i statycznych mieszczą się zazwyczaj w granicach 10–15%, a często są jeszcze mniejsze.

Zastosowanie w praktyce – optymalizacja długości pali

W jednym z projektów, opisanych w artykule, badania dynamiczne przeprowadzono na palach prefabrykowanych 40 × 40 cm o długościach od 10 do 24 m.
Pomiary wykonano na całej długości pogrążania, a następnie powtórzono (tzw. restrike) po kilku dniach, aby sprawdzić, jak w czasie zmienia się współpraca pala z gruntem.

Analiza danych z metod CAPWAP i CASE pozwoliła opracować profil rozkładu nośności i tłumienia dla poszczególnych warstw gruntowych.
Dla gruntów niespoistych (piaski) uzyskano współczynnik tłumienia Jc ≈ 0,5, a dla spoistych (gliny) Jc = 0,6–0,7 – zgodnie z układem geologicznym podłoża.

Dzięki temu możliwe było skrócenie części pali bez utraty ich nośności, co przełożyło się na realną optymalizację fundamentu i oszczędności materiałowe. Co więcej, badania restrike potwierdziły wzrost nośności w czasie, związany z poprawą warunków kontaktu pala z gruntem.

Kontrola jakości i prace odbiorowe

Metody dynamiczne doskonale sprawdzają się nie tylko w fazie projektowej, ale również w trakcie realizacji i odbioru prac.
Na podstawie rejestrowanych wartości można kontrolować parametry kafarowania w czasie rzeczywistym, a w razie potrzeby natychmiast wprowadzać korekty, bez wstrzymywania robót.

Podczas odbioru fundamentów, badanie dynamiczne często stanowi uzupełnienie lub wstęp do testów statycznych. Pozytywne wyniki uzyskane wcześniej mogą przyspieszyć proces odbioru, ograniczając liczbę kosztownych prób obciążeniowych.

W praktyce metoda ta umożliwia pełną kontrolę nad przebiegiem instalacji pali, zapewniając inwestorowi wiarygodne dane i wysoką powtarzalność wyników.