بررسي انتشار موج در شمع‌ هاي پيش‌ ساخته از بتن سبك و مشخصات رفتاري آنها در حين كوبش

Wave Propagation Analysis and Behaviour of Precast Light-Weight Concrete Piles during Driving

با توجه به استفاده‌ ي گسترده از شمع‌ ها در سازه‌ هاي مختلف، دانش فني و روش‌ هاي اجرايي و نيز طراحي اين نوع پي‌ هاي عميق، نيازمند مطالعه‌ ي بسيار و نوآوري مي‌ باشد. در اين مقاله، به بررسي و تحليل رفتار كوبشي شمع‌ هاي پيش‌ ساخته از انواع بتن سبك با مقاطع استوانه‌ اي و مخروطي پرداخته شده كه اين مسئله موجب شناخت بيشتر اين فرآيند و در نتيجه افزايش راندمان عمليات كوبش شمع‌ ها مي‌ گردد. از جمله روش‌ هاي بررسي مسائل كوبش، استفاده از روش عددي تفاضل محدود مي‌ باشد، به‌ گونه‌ اي كه بتوان به شكلي منطقي رفتار شمع و خاك را در هنگام كوبش شمع مدل‌ سازي نمود. بدين‌ منظور، ابتدا انتشار موج در اثر اعمال بار ضربه به رأس يك ميله‌ ي الاستيك بررسي شده و سپس با مدل‌ سازي شمع استوانه‌ اي و مخروطي و تخصيص مشخصات مكانيكي انواع بتن سبك به آنها، رفتار اين‌ گونه شمع‌ ها نيز تحت كوبش مورد تجزيه‌ و تحليل قرار گرفت. با مقايسه‌ ي نتايج به‌ دست‌ آمده از تحليل‌ ها، استنباط مي‌ شود كه سرعت انتشار موج در ميله‌ هاي ساخته شده از بتن سبك تيپ L3 و S2 بيشتر از ميله‌ هاي با بتن معمولي و ساير طرح اختلاط‌ ها مي‌ باشند. همچنين شمع‌ هاي بتني سبك داراي رفتار مشابهي مانند بتن‌ هاي معمولي در حين كوبش بوده و داراي عملكرد بهتري نيز نسبت به بتن معمولي هستند. اين مسئله علاوه بر كاهش وزن شمع‌ هاي بتني پيش‌ ساخته، مي‌ تواند موجب كاهش هزينه‌ هاي اقتصادي شمع‌ كوبي شده و همچنين با انتخاب طرح اختلاط مناسب و بيشتر شدن ميزان نفوذ نهايي، افزايش راندمان شمع‌ كوبي حاصل مي‌ گردد.

The pile driving process can be easily modeled prior to installation to determine adequate and appropriate equipment selection. Pre-casted lightweight concrete (LWC) provide an attractive alternative to conventional pile materials such as steel and common concrete by improving the durability of deep foundations. In this paper, the drivability of cylindrical and tapered piles with lightweight concrete was investigated and compared with traditional pile materials using the finite difference analysis. The three-dimensional model was considered to simulate pile-soil system in drivability by FLAC3D. The vertical LWC pile was assumed to behave linear elastic, and the soil was acted in elasto-plastic material obeyed the Mohr-Coulomb failure criterion. Interface elements were also used at the soil-pile contact surfaces along the pile shaft and toe to allow the slip occur during the driving procedure. Quiet boundaries were considered to prevent waves traveling in the lateral and vertical directions for the soil. The different concrete mixtures with Leca and Scoria were assumed to compare the size of the physical properties of light aggregate, which letters S and L represent Leca and the Scoria in each concrete mix design. The analysis of wave propagation in LWC rods without and with damping effects were performed with fixed and free end boundary conditions. The rod gravity was neglected with no soil or other supports around the rod shaft. A half-sine stress wave was applied on the rod head. To represent the dynamic responses, the force and velocity records were monitored below the rod head to prevent the mixing up the upward stress wave and downward reflection from the rod head. The obtained results were exactly in accordance with one dimensional wave propagation theory in rods. The immediate F and Z.v waves shifted down after tip reflections are the reflections from the rod free head boundary condition. In fact, the downward initial compressive wave is reflected as compression type at rod fixed-end and reflected tension