Injection micropile bar fatigue resistance at loads lower and greater than the yield strength of steel

• Autorzy: Pytlik Andrzej , Frąc Witold

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2024.150339

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the techniques commonly applied today for deep foundation construction is based on self-drilling injection micropiles. Micropiles are structural elements intended primarily for reinforcing foundations and buildings, particularly under difficult terrain conditions. The goal of the tests presented herein is to inspect the fatigue resistance, strength and ductility of injection micropiles formed from 28Mn6 steel at loads significantly exceeding the values defined for the fatigue test in the requirements of the relevant European Assessment Document (EAD). The test results and the micropile bar strain model εM presented in this paper are primarily of interest to designers for the purposes of determining the fatigue resistance of steel micropiles, which find particular application in land degraded by mining activity that is characterised by frequent terrain vibration and mining-induced tremors. None of the R25N injection micropile bars failed during the fatigue resistance testing at 2·106 cycles at a load Fu = 0.7·FRe0.2 (under the yield strength of the 28Mn6 steel) as well as at Fu = 1.0·FRe0.2 and Fu = 1.2·FRe0.2, where the bars operated at the limit of and significantly above the load FRe0.2 which results in stress at the yield point of the 28Mn6 steel. Furthermore, the bar tests conducted at static and cyclic loading demonstrated the high strength and good ductility of the 28Mn6 steel.

Słowa kluczowe

EN

self-drilling injection micropiles; bar fatigue resistance; strength and ductility of 28Mn6 steel; bar strain model

PL

stal 28Mn6; pręt; wytrzymałość zmęczeniowa

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 69, no. 2
• Strony: 159--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pytlik Andrzej

• Central Mining Institute GIG, Department of Mechanical Devices Testing and Rocks, Plac Gwarków 1, 40-166, Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0899-0590

autor

Frąc Witold

• Central Mining Institute GIG, Department of Mechanical Devices Testing and Rocks, Plac Gwarków 1, 40-166, Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8898-9110

Bibliografia

• [1] E . Stilger-Szydło, Posadowienia budowli infrastruktury transportu lądowego: teoria, projektowanie, realizacja,Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne (2005).
• [2] K . Gwizdała, Fundamenty palowe. Tom 1. Technologie i obliczenia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa(2013).
• [3] K . Gwizdała, Fundamenty palowe. Tom 2. Badania i zastosowania, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa(2014).
• [4] B. Kłosiński, Mikropale – stan techniki i perspektywy. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 3, 72-76 (2011).
• [5] B. Kłosiński, Zasady i problemy projektowania mikropali według Eurokodu 7. Geoinżynieria: drogi, mosty tunele3, 26-32 (2014).
• [6] J. Bzówka, A. Juzwa, K. Knapik, K. Stelmach, Geotechnika komunikacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,Gliwice (2012).
• [7] PN -EN 1997-1:2008. Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules. Polski Komitet Normalizacyjny,(2008).
• [8] PN-EN 14199:2015-07 – Execution of special geotechnical work – Micropiles. Polski Komitet Normalizacyjny,(2015).
• [9] European Assessment Document EAD 200036-00-0103: Kit for micropiles – kit with hollow bars for self-drillingmicropiles – hollow bars of seamples steel tubes, August (2016).
• [10] E uropean Organization for Technical Approvals, ETAG 013: Guideline for European Technical Approval of Post-Tensioning Kits for Prestressing of Structures, European Organization for Technical Approvals, Brussels, Belgium,(2002).
• [11] R .P. Matos, P.L. Pinto, C.S. Rebelo, H.S. Gervásio, M. Veljkovic, Improved design of tubular wind tower foundationsusing steel micropiles. Structure and Infrastructure Engineering 12 (9), 1038-1050 (2016).DOI: https://doi.org/10.1080/15732479.2015.1076853.
• [12] J. Berthellemy, G. Seidl, W. Lorenc, Recent Structures and Bridges built with the CL Steel-concrete Connection.Tomorrow’s Megastructures. 40th IA BSE Symposium, 19-21 September 2018, Nantes, France 2-51 (2018).D OI: https://doi.org/10.2749/nantes.2018.
• [13] N . Maca, Nowoczesne rozwiązania geotechniczne w odpowiedzi na wyzwania budownictwa kolejowego. ZeszytyNaukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: MateriałyKonferencyjne 2 (123), 397-409 (2021). https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-232b026e-7b32-4483-b6fe-17cdf01bb0a3, accessed: 20.05.2022.
• [14] J. Dubiński, G. Mutke, J. Chodacki, Distribution of peak ground vibration caused by mining induced seismic eventsin the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Arch. Min. Sci. 65, 3, 419-432 (2020).D OI: https://doi.org/10.24425/ams.2020.133200.
• [15] A . Kowalski, Deformacje powierzchni na terenach górniczych kopalń węgla kamiennego, Główny Instytut Górnictwa,Katowice (2020).
• [16] A . Kotyrba, A. Kowalski, Linear discontinuous deformation of A4 highway within mining area ‘Halemba’. GospodarkaSurowcami Mineralnymi 25 (3), 303-317 (2009).
• [17] M. Grygierek, P. Kalisz, Influence of mining operations on road pavement and sewer system–selected case studies.Journal of Sustainable Mining 17 (2), 56-67 (2018). DOI: https://doi.org/10.46873/2300-3960.1122.
• [18] P . Kalisz, M. Zięba, M. Grygierek, Wpływ eksploatacji górniczej na uszkodzenia nawierzchni drogowychi rurociągów – wybrane przykłady. Przegląd Górniczy 76 (2), 29-35 (2020).
• [19] M. Zięba, P. Kalisz, M. Grygierek, The impact of mining deformations on road pavements reinforced with geosynthetics.Archives of Mining Sciences 65 (4), 751-767 (2020). DOI: https://doi.org/10.24425/ams.2020.134145.
• [20] M. Grygierek, K.J. Sternik, Identification of Pavement Model Parameters in the Area of Discontinuous SurfaceDeformation Based on FWD Tests. International Journal of Civil Engineering 19 (3), 265-282 (2021).D OI: https://doi.org/10.1007/s40999-020-00563-y.
• [21] M. Wróblewska, M Grygierek, Assessment of Visual Representation Methods of Linear Discontinuous DeformationZones in the Right-of-Way. Appl. Sci. 12 (5), 2538 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/app12052538.
• [22] L .A. Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo: materiały inżynierskie z podstawami projektowaniamateriałowego, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne (2002).
• [23] EN 10083-2:2006(E) – Steels for quenching and tempering – Part 2: Technical delivery conditions for non alloysteels.
• [24] EN ISO 683-1:2016(E) – Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels – Part 1: Non-alloy steels forquenching and tempering.
• [25] M. Topolnicki, R. Buca, D. Dymek, Bezpieczeństwo dużych i głębokich wykopów budowlanych. NowoczesneBudownictwo Inżynieryjne 5, 42-47 (2015). https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.bazteche7a5fdc2-5806-4ee3-9b9e-61fc9dddf194, accessed: 20.05.2022.
• [26] I nspection-Certificate 3.1 No. 163019 (2021). Pipe for Anchor R25N. Heat treatment: as-rolled condition. Manufacturer:Voestalpine Tubulars GmbH & Co KG , Austria.
• [27] U . Fischer, R. Gomeringer, M. Heinzler, R. Kilgus, F. Näher, S. Oesterle, H. Paetzold, A. Stephan, Mechanicaland Metal Trades Handbook. Polish edition by: dr hab. inż. Joachim Potrykus, prof. nadzw. Wydawnictwo REAs.j. (2008).
• [28] T . Kovács, P. Pinke, BWRA and Séférian Model for Preheating Temperature Calculation in Case of Low Alloyedand Unalloyed Steel. Materials Science Forum, Trans. Tech. Publications Ltd. 885, 239-244 (2017).D OI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.885.239.
• [29] K .E. Hensger, Processing of advanced structural steels on CSP plants. Metalurgija 41 (3), 183-190 (2002).https://hrcak.srce.hr/clanak/189888, accessed: 20.05.2022.
• [30] M. Melaika, S. Nagurnas, R. Pečeliūnas, N. Višniakov, G. Garbinčius, Investigation on distribution of stresses insteel and aluminium alloy arms of a car suspension system. Mechanika 19 (6), 632-640 (2013).D OI: https://doi.org/10.5755/j01.mech.19.6.5987.
• [31] M. Jimenez-Martinez, Manufacturing effects on fatigue strength. Engineering Failure Analysis 108, 104339 (2020).DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.104339.
• [32] J.D. Almer, J.B. Cohen, B. Moran, The effects of residual macrostresses and microstresses on fatigue crack initiation.Materials Science and Engineering: A 284 (1-2), 268-279 (2000).DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00779-0.
• [33] W.J. Kang, A.K. Kim, G.H. Kim, Fatigue failure prediction of press fitted parts subjected to a cyclic loading conditionby finite element methods. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 30 (12), 1194-1202(2007). DOI: https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.2007.01188.x.
• [34] E.S. Palma, E.D. Santos, Fatigue damage analysis in an automobile stabilizer bar. Proceedings of the Institutionof Mechanical Engineers, Part D. Journal of Automobile Engineering 216 (11), 865-871 (2002).D OI: https://doi.org/10.1243/095440702321031414.
• [35] I SO 10208:1991 – Rock drilling equipment. Left-hand rope threads.
• [36] N .M. Bielajew, Wytrzymałość materiałów, Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, Warszawa (1954).
• [37] W. Domke, Vademecum materiałoznawstwa: stal, metale nieżelazne, tworzywa sztuczne, badania metali,Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa (1977).
• [38] PN -H-93215:1982 – Walcówka i pręty stalowe do zbrojenia betonu. Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa(1982).
• [39] O rigin User’s Manual. Version 6. Data Analysis and Technical Graphics Software. Microcal Software, Inc., Northampton,MA 01060, USA (1999).
• [40] N . Maca, J. Sierant, Stal do zbrojenia mikropali i gwoździ gruntowych wykonywanych w technologii samowiercącej.Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 4, 60-64 (2016). https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-e447421e-ab93-4475-b5e5-ccf9d01a4c80, accessed: 20.05.2022.
• [41] N . Maca, J. Sierant, Samowiercące systemy iniekcyjnych mikropali i gwoździ gruntowych. Wymagania techniczne i normowe dla zbrojenia do zastosowań trwałych. Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne 2 (123), 411-427 (2021). https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-bfa05634-f690-401f-ba0d-b6b03aa0cf06 (accessed: 20.05.2022).