Metody zkoušení stavebně dokončených pilot

Zkouška PIT

Zkouška integrity pilot metodou PIT je založena na analýze odezvy tělesa piloty na silový impuls aplikovaný na hlavě piloty. Silový impuls je vyvolán úderem speciálního kladívka umožňujícího snímání časového průběhu síly v místě úderu. Měření je založeno na principu registrace časového průběhu síly úderu vytvořeného speciálním kladívkem a následně také odezvy piloty monitorované snímačem rychlosti kmitání.

Na záznamu časového průběhu kmitání lze identifikovat příchody odrazů od výraznějších nehomogenit v tělese piloty včetně odrazu od paty piloty. Při znalosti rychlosti šíření podélných elastických vln v betonu lze určit celkovou délku piloty a lokalizovat případné defekty v jejím tělese. Kladívko i snímač jsou součástí měřicí aparatury (obr. 1).

Doplňkovou diagnostickou hodnotu poskytuje frekvenční analýza kmitání hlavy piloty, která je charakteristická pro konkrétní geometrii a materiálové parametry. Porovnáním teoretické a experimentální odezvy lze vytvořit model piloty určující její průměr, hustotu a rychlost šíření podélných elastických vln a také identifikovat zóny s narušenou integritou.

Použitá měřicí technika je mobilní, nenáročná na obsluhu a nevyžaduje externí napájení. Měření lze provádět po uplynutí vhodné doby od betonáže, přičemž předběžné vyhodnocení je dostupné okamžitě a finální výsledky do 48 hodin. Metoda umožňuje vysokou efektivitu, protože denně lze otestovat několik desítek pilot, což vytváří předpoklady pro komplexní prověření celých skupin pilot. Při včasné identifikaci defektů je následně možné přistoupit k lokálním opravám horní části piloty, případně k odvrtání a injektážní sanaci u hlubších poruch.

Provedení zkoušky integrity pilot je možné pouze na stavebně dokončené pilotě s vyzrálým betonem. Pilota je hodnocena jako vyhovující, tedy bez konstrukčních vad či defektů, pokud je dobře čitelný projev sekundárního reflexu, který představuje odezvu paty piloty způsobenou příchodem podélné vlny do snímače, a současně je průběh mobility podobný modelovému případu pro danou pilotu (obr. 2). Oba sledované parametry musí být ve vzájemné těsné shodě.

Metoda CHA

Zkouška CHA testuje kvalitu provedení piloty spolehlivěji než metoda PIT, je však dražší a časově náročnější na přípravu i zpracování. Výsledky zkoušky jsou na druhou stranu méně závislé na schopnostech a zkušenostech interpretátora, a proto dokáže test spolehlivěji vyhodnotit kvalitu provedení piloty.

Do připravených trubek jsou zaváděny vysílací a přijímací sondy (obr. 3). Vysílací sonda vysílá ultrazvukové pulzy, které procházejí betonem, a na druhé straně, v další měřicí trubce, je ultrazvukový signál registrován. Měření je spouštěno odometrem, který zajišťuje povel ke spuštění měření, kontrolu vzájemné polohy sond i zaznamenání překonané vzdálenosti jednotlivých sond uvnitř trubek.

Při vyhodnocení sleduje interpretátor čas příchodu přímé vlny, tedy kvantitativní parametr (FAT – First Arrival Time), a také útlum signálu, který představuje kvalitativní parametr. Sondy mohou být vedeny zdola nahoru i opačně. Tento postup se opakuje až do vyčerpání všech vzájemných kombinací měření.

Hodnocení záznamů je založeno na analýze času průchodu ultrazvukového signálu dříkem piloty, tedy na určení doby, za kterou signál projde betonem od vysílací sondy k přijímací. Vzdálenost mezi sondami je známá, proto lze velmi jednoduše stanovit rychlost šíření signálu ve zkoumaném prostředí. U betonu se rychlost pohybuje typicky od 3 500 do 4 200 m/s v závislosti na třídě betonu.

Zvýšení času příchodu přímé vlny je důsledkem nekvalitního provedení piloty a bývá zpravidla doprovázeno také útlumem signálu. Útlum signálu se v záznamu projevuje snížením amplitud měřeného signálu. Zvýšení hodnoty FAT v intervalu 11 až 20 % je hodnoceno jako pochybná kvalita, v rozmezí 21 až 30 % jako (P/F), tedy s výskytem trhlin, a nad 31 % jako (P/D), tedy nevyhovující, porušená pilota.

Pilota bez výrazných změn hodnot FAT v celém měřeném sloupci (do 10 %) a se stejným průběhem útlumu signálu je hodnocena jako vyhovující, což znamená, že kvalita provedení je dobrá a pilota zkouškou prošla (obr. 4).

Zkouška CHA však vyžaduje delší dobu přípravy jak ze strany prováděcí organizace, tak ze strany zhotovitele piloty. Zhotovitel musí pevně zabudovat trubky po celé délce armokoše z jeho vnitřní strany a zajistit jejich průchodnost až do doby provedení zkoušky. V této fázi se obvykle objevují dva typy problémů, které mohou následně negativně ovlivnit průběh zkoušky.

Prvním problémem bývá znečištění vnitřního prostoru trubek, které je nejčastěji způsobeno jejich nesprávným zaslepením. Obvykle se jedná o materiály, jako jsou polystyren, extrudovaný polystyren, fólie a podobně. Nevhodně zvolený materiál může způsobit ucpání měřicích trubek nebo vniknutí betonu do jejich vnitřního prostoru, což znemožní průchod sond po celé délce měřeného úseku. Správné zajištění průchodnosti měřicích trubek v celé jejich délce by mělo být provedeno navařením ocelové krytky na hlavě a patě piloty.

Druhým častým problémem je nedostatečné připevnění měřicích trubek k armokoši a jejich následné vychýlení, které způsobuje zkrácení vzájemných vzdáleností mezi trubkami a následné zvýšení naměřených rychlostí šíření ultrazvukových vln.

Dalším častým problémem, který vzniká až po betonáži, je poškození měřicích trubek při úpravě hlavy piloty odbouráváním nebo osekáváním betonu. To často vede k deformaci stěny trubky směrem dovnitř a k jejímu zneprůchodnění pro měřicí sondu.

Statická zatěžovací zkouška piloty

Princip statické zatěžovací zkoušky spočívá v aplikaci zkušební síly na hlavu piloty, přičemž se současně měří její deformace, nejčastěji ve formě sedání hlavy piloty, případně svislého normálového napětí v dříku piloty. Zatěžování se provádí po jednotlivých stupních pomocí hydraulického lisu, který působí proti reakční konstrukci. Společnost INSET s.r.o. využívá zatěžovací most kotvený do kotevních pilot, případně systém s protizávažím.

Z hlediska účelu se statické zatěžovací zkoušky dělí na systémové a nesystémové. Systémové zkoušky se provádějí na pilotách, které jsou součástí samotné stavby. Jejich cílem je ověření správnosti návrhu a kvality realizace. Tento typ zkoušek se převážně využívá na Slovensku.

Naproti tomu nesystémové zkoušky se realizují na samostatných zkušebních pilotách ještě před zahájením výstavby a často se provádějí v České republice. Tyto zkoušky obvykle probíhají až do dosažení porušení, čímž poskytují podrobné informace o skutečné únosnosti základové půdy a umožňují optimalizaci návrhu pilotového založení.

Pro nižší zkušební síly se používají jednodušší mosty s menším počtem kotevních prvků, zatímco při vysokých zatíženích se jedná o robustní rámové konstrukce schopné přenášet síly v řádu tisíců kN. Zatěžovací konstrukce společnosti INSET s.r.o. je navržena pro univerzální využití při různých typech statických zatěžovacích zkoušek. Základní zatěžovací konstrukce je navržena pro nižší síly do 5 000 kN a kotvení do dvou reakčních pilot. Rozšířením zatěžovacího mostu lze zkoušet velkoprůměrové piloty až do maximální zkušební síly 10 000 kN s ukotvením do čtyř kotevních pilot.

Ukotvení zatěžovací konstrukce do reakčních pilot zajišťují převážně předpínací lana. V poslední době se stále častěji využívá kotvení pomocí závitových tyčí GEWI (obr. 6). Proces zabudování do kotevní piloty je u závitových tyčí jednodušší. Časově méně náročné je u tohoto typu kotvení také připojení k zatěžovací sestavě. Vyšší nároky jsou však kladeny na přesnost jejich svislého osazení.

Výsledkem zatěžovací zkoušky je pracovní diagram zkoušené piloty, který zobrazuje závislost svislého zatlačení na působící síle včetně času ustálení deformace na jednotlivých zatěžovacích stupních a slouží k určení nebo ověření její mezní a návrhové únosnosti. Při zabudování tenzometrů do více úrovní lze získat průběh svislého normálového napětí v dříku zkušební piloty.

Vyhodnocením naměřených údajů se získává komplexní obraz o interakci mezi pilotou a horninovým prostředím. Statická zatěžovací zkouška pilot tak představuje klíčový nástroj geotechnického inženýrství. Její správný návrh a realizace umožňují optimalizovat návrh základů, snížit náklady a současně zvýšit bezpečnost a spolehlivost stavebních konstrukcí.

Text: Ing. Adrián Čelko, RNDr. Michal Grinč, PhD., INSET s.r.o.

Článek byl uveřejněn v časopise Inženýrské stavby 2/26.