Vibration propagation in subsoil: in-situ testing and numerical analyses

• Autorzy: Pradelok S. , Łupieżowiec M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents results obtained with the use of accelerometers during in-situ testing and its comparing with results from numerical simulations. Horizontal accelerations of propagating impulses caused by driving the prefabricated piles were recorded. Range of the quakes as well as amplitudes of longitudinal and transverse horizontal accelerations of propagating vibrations on the terrain surface were determined. The recorded results were used to calibrate the numerical model of the finite element method. The most important factor influencing the propagation of impacts is the phenomenon of damping of the propagating wave in the soil. The mechanism of damping proposed by Rayleigh was used in the analysis, which, when selecting the appropriate parameters of the model, is able to realistically simulate the observed phenomena. The soil, in which the propagation of impulses occurred, was described with the use of linear-elastic model. Modulus of deformation correspond to the values of small deformations, which occur during the wave propagation in the subsoil. The impulse giving vibrations was caused by the falling hammer on the driven pile. The axial symmetry of the border condition was used in the analyses. The results of numerical simulations were compared with the results of field measurements of accelerations at different distances from the source of vibration. A good consistency of acceleration amplitudes in the direction of vibration propagation was achieved and it depended on the distance from location of the driven pile. The obtained results will be used in the future to assess the extent of the impacts on the environment and values of acceleration on elements located in the vicinity of the structure.

PL

W artykule przedstawiono wyniki uzyskane za pomocą akcelerometrów podczas badań in-situ. Rejestrowano przyspieszenia poziome rozchodzących się wstrząsów powstałych podczas wbijania pali prefabrykowanych. Określono zasięg wpływu wstrząsów, jak i amplitud podłużnych i poprzecznych przyspieszeń poziomych rozchodzących się drgań na powierzchni terenu. Zarejestrowane rezultaty zostały wykorzystane do kalibracji modelu obliczeniowego metody elementów skończonych. Najbardziej istotnym czynnikiem mającym wpływ na propagację oddziaływań jest zjawisko tłumienia propagującej fali w ośrodku gruntowym. W analizach wykorzystano mechanizm tłumienia zaproponowany przez Rayleigha, który przy doborze odpowiedniej wartości parametrów modelu, jest w stanie realistycznie symulować obserwowane zjawiska. Ośrodek gruntowy, w którym następowała propagacja oddziaływań, opisywano modelem liniowo-sprężystym. Moduły odkształcenia odpowiadały wartościom dla małych odkształceń, które występują przy propagacji fal w podłożu gruntowym. Impuls powodujący powstanie drgań powodowany był przez spadający młot do wbijania pali. W analizach wykorzystano osiową symetrię rozwiązywanego zagadnienia brzegowego. Wyniki symulacji numerycznych zostały porównane z wynikami pomiarów terenowych przyspieszeń w różnych odległościach od źródła drgań. Uzyskano dobrą zgodność amplitud przyspieszeń w kierunku rozchodzenia się drgań w zależności od odległości od miejsca wbijania pala. Uzyskane rezultaty analiz posłużą w przyszłości do oceny zasięgu oddziaływań na otoczenie oraz wartości przyspieszeń na elementach znajdujących się w pobliżu konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

pile driving; technological impact; soil vibration; field test; FEM; dynamic analysis

PL

wbijanie pali; wpływ technologiczny; drgania gruntu; badanie polowe; analiza dynamiczna; MES

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 10, no. 1
• Strony: 79--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz.

Twórcy

autor

Pradelok S.

• Faculty of Civil Engineering, The Silesian University of Technology, Akademicka 5, 44 100 Gliwice, Poland

autor

Łupieżowiec M.

• Faculty of Civil Engineering, The Silesian University of Technology, Akademicka 5, 44 100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Kohut P., Holak K., Uhl T., Ortyl Ł., Owerko T., Kuras P., Kocierz R.; Monitoring of a civil structure’s state based on non-contact measurements, Structural Health Monitoring, 2013, Vol.12 (5-6), pp.411-429
• [2] Kuras P., Owerko T., Ortyl Ł., Kocierz R., Sukta O., Pradelok S.; Advantages of radar interferometry for assessment of dynamic deformation of bridge. Proceedings of the Sixth International IABMAS Conference. Stresa, Italy, 8-12 July 2012, pp.885-891
• [3] Owerko T., Ortyl Ł., Kocierz R., Kuras P.,Salamak M.; Investigation of displacements of road bridges under test loads using radar interferometry – case study. Proceedings of the Sixth International IABMAS Conference. Stresa, Italy, 8-12 July 2012, pp.181-188
• [4] Owerko T.; Analysis and measurement technology of testing displacements and vibrations of the arch bridge. 13th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2013, Albena, Bulgaria, 16-22 June 2013, pp.41-48
• [5] Pradelok S.; Dynamic tests of certain lattice girder railway bridge type nodes. Proceedings of the International Conference on Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures EVACES’09, Wrocław, Poland, 14-16 October 2009, pp.221-222
• [6] Salamak M., Klikowicz P.; Protections and monitoring of European transportation routes in Polish Upper Silesia mining area. 14th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2014, Albena, Bulgaria, 17-26 June 2014, Vol.2, pp.403-410
• [7] Connollya D.P., Kouroussisb G., Woodwarda P.K., Alves Costac P., Verlindenb O., Forded M.C.; Field testing and analysis of high speed rail vibrations, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol.67, 2014, pp.102-118
• [8] Łaziński P., Pradelok S.; Load test of railway viaduct built using crosswise launching technology. Procedia Engineering (2016) pp.530-537 DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.684
• [9] Bętkowski P., Pradelok S., Łupieżowiec M.; Maintenance and risk assessment of a concrete frame bridge impacted by mining deformations of the area. 14th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2014, Albena, Bulgaria, p.17-26, June, 2014, Vol.3, pp.345-352
• [10] Witchmann T., Triantafyllidis Th.; Influence of cyclic and dynamic loading history on dynamic properties of dry sand, part I; cyclic and dynamic torsional prestraining, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol.240, Issue 2, 2004, pp.27–147
• [11] Jastrzębska M., Łupieżowiec M.; The influence of the choice of strain modulus value on the foundation settlement Studia Geotechnica et Mechanica, Poland, Vol.33, No.2, 2011, pp.31-39
• [12] Pradelok S.; Theoretical analysis of the possibilities to improve the dynamic parameters of the road arch bridge. Procedia Engineering (2016) pp.1090-1095. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.853
• [13] Pradelok S., Jasiński M., Kocański T., Poprawa G.; Numerical determination of dynamic response of the structure on the example of arch bridge. Procedia Engineering, 2016, pp.1084-1089. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.852
• [14] Gryczmański M., Jastrzębska M., Łupieżowiec M.; A model for the forecasting of the propagation the technological impacts, Studia Geotechnica et Mechanica, Poland, Vol.30, No.1-2, 2008, pp.59-66
• [15] Kawecki J., Kowalska A.; The damping of vibrations in terms of rigidity-inertia, Technical Transactions, issue 11 (3-B), 2010, pp.43-50
• [16] Shuku T., Murakami A., Nishimura S., Fujisawa K., Nakamura K.; Parameter identification for Cam-clay model in partial loading model tests using the particle filter, Soils and Foundations, Vol.52, Issue 2, April 2012, pp.279-298
• [17] Ma H.J., Quek S.T., Ang K.K.; Soil-structure interaction effect from blast-induced horizontal and vertical ground vibration, Engineering Structures, Vol.26, Issue 12, October 2004, pp.1661-1675
• [18] Celebi E., Schmid G.; Investigation of ground vibrations induced by moving loads, Engineering Structures, Vol.27, Issue 14, December 2005, pp.1981-1998
• [19] Andersen L., Nielsen S.R.K., Krenk S.; Numerical methods for analysis of structure and ground vibration from moving loads, Computers & Structures, Vol.85, Issues 1-2, January 2007, pp.43-58
• [20] Łupieżowiec M., Pradelok S.; Propagacja drgań powstałych podczas wbijania pali (Propagation of vibrations caused by pile driving), Inżynieria Morska i Geotechnika, Poland, 2014, pp.291-296
• [21] Jastrzębska M., Sternik K.; Application of elasto-plastic model with anisotropic hardening to analysis of cyclic loading of cohesive soil, International Conference “Cyclic behaviour of soils and liquefaction phenomena”, Bochum-Germany, 31.03-02.04, 2004, pp.41-46
• [22] Mwafya A., Kwonb O.S., Elnashaic A.; Seismic assessment of an existing non-seismically designed major bridge-abutment-foundation system, Engineering Structures, Vol.32, Issue 8, 2010, pp.2192-2209
• [23] Prendergast L.J., Gavin K.; A comparison of initial stiffness formulations for small-strain pile-dynamic Winkler modelling, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol.81, 2016, pp.27-41
• [24] Pradelok S.; Tests of local vibration in the node of a truss bridge. Journal Architecture Civil Engineering Environment ACEE, Poland, 2012, Vol.5, No.4, pp.55-62
• [25] Pradelok S.; The Influence of Higher Modes Vibrations on Local Cracks in Node of Lattice Girders Bridges. Archives of Civil Engineering, Warszawa, Poland, LVIII, 2, 2012, pp.209-221
• [26] Pradelok S., Łupieżowiec M., Bętkowski P., Rudzik A.; In-situ testing of vibration propagation while driving the prefabricated piles. 14th Int. Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2014, Albena, Bulgaria, 17-26 June 2014, Vol.2, pp.503-510
• [27] Jastrzębska M., Łupieżowiec M., Uliniarz R., Jaroń A.; Analysis of the vibration propagation in the subsoil, Studia Geotechnica etMechanica, Vol.36, No.3, 2014, pp.9-19
• [28] Mellata P., Andersson A., Petterson L., Karoumia R.; Dynamic behaviour of a short span soil-steel composite bridge for high-speed railways – Field measurements and FE-analysis, Engineering Structures, Vol.69, 2014, pp.49-61
• [29] ŁupieżowiecM.;Modelowanie rozchodzenia się drgań powodowanych przez konsolidację dynamiczną w ujęciu MES (Modelling of the propagation of vibration caused by dynamic consolidation by FEM analysis), Inżynieria Morska i Geotechnika, Poland, Vol.4/2012, pp.352-357
• [30] Zimmermann Th., Truty A., Urbański A., Podleś K.; Z_Soil. PC 2010 3D User Manual, Theory, Tutorials and Benchmarks, Data Preparation, Elmepress International & Zace Services Ltd, Switzerland, 2010
• [31] Burland J.B.; Small is beautiful – the stiffness of soils at small strains, 9th Bjerrum Memorial Lecture, Canadian Geotechnical Journal, Vol.26, 1989, pp.499-516
• [32] Chopra A.K.; Dynamics of structures, theory and application to earthquake engineering, Prentice Hall, 2001
• [33] Modoni, G., Flora, A., Mancuso, C., Viggiani, C., and Tatsuoka, F.; Evaluation of gravel stiffness by pulse wave transmission tests, Geotechnical Testing Journal, Vol.23, No.4, 2000, pp.506-521
• [34] Łupieżowiec M., Pradelok S., Bętkowski P., Poprawa G.; FEM model of vibration propagation in the soil caused by prefabricated driven piles. 14th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2014, Albena, Bulgaria, 17-26 June 2014, Vol.2, pp.363-368

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).