Investigation the Behaviour of Cast In-Situ Piles which are Subjected to Tension / Uplift Load with A Novel Pile Constructing / Testing Approach

Year 2024, Volume: 35 Issue: 4, 69 - 93, 01.07.2024

Orhan Esat İnanır , Aykut Şenol , Mehmet Berilgen

https://doi.org/10.18400/tjce.1412047

Abstract

Instrumented pile loading tests can give a better understanding of the pile load-transfer mechanism. It also allows for assessing the integrity and durability issues of the bored piles under tension. When a reinforced concrete pile is subjected to high tension forces, it might reach the tensile stress capacity of concrete, and cracking occurs at the weakest section. In this study, the results of an instrumented axial static tensile pile loading test (S-KYD/Ç) were evaluated regarding crack development and propagation. It has been determined that crack development occurs when the tensile deformation capacity of the concrete is reached under the axial tensile load applied during the test. This phenomenon was observed at approximately 70-120 microStrain levels and is consistent with similar studies in the literature. With a novel approach, that prevents tensile stress development in the reinforced concrete body, the problems mentioned above are targeted to be eliminated. Dywidag-made GEWIPlus bars were used to transfer the pile head load to the pile toe. This mechanism ensures the development of compression stresses in the pile during pull-out upward loading. Loading from the pile toe contributes considerably to the load-displacement behavior of the piles that are under tension load. TİP-A and TİP-B different load application points normally don’t provide a chance for direct comparison. However, for a general understanding, the comparison might be done with the “Davisson Pile Capacity Estimation Method” for TİP-A and TİP-B pile loading test results as per pile head load - pile head movement relations. 6.1MN for TİP-A and 8.9MN for TİP-B estimated with the Davisson Method as per pile head behavior. These figures represent a ~%146 capacity increase for piles under tension load. Moreover, because the load application point is from the pile toe, comparing pile toe load - pile toe movement for TIP-B might be worthwhile. 7.3MN for TIP-B resulting ~%120 capacity increase.

Keywords

Integrity, crosshole logging, tension, crack, pull-out, instrumented pile loading test

Çekme Yüküne Maruz Betonarme Kazık Davranışının Orijinal Bir Kazık Yükleme Deneyi ve İmalat Yaklaşımı ile İncelenmesi

Abstract

Enstrümante edilmiş kazık yükleme deneyleri ile kazık boyunca oluşan yük dağılımının belirlenmesi, Performansa Dayalı Kazık Tasarımına (PDK-T) imkan vermekte ve temel kazıklarının tasarımındaki belirsizlikleri asgari düzeye indirmektedir. Ancak, çekme yüküne maruz betonarme kazıklarda (fore kazık, prekast çakma kazık, yerinde dökme çakma kazık Vibreks, vs.) oluşan çekme gerilmeleri sebebiyle oluşan çatlak gelişimi kazıklarda bütünlük ve uzun vadede durabilite problemlerini gündeme getirmektedir. Bu makalede çekme yüküne maruz betonarme kazık davranışının kazıklar ile incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda ara mesafesi yaklaşık 6m olan komşu iki kazık üzerinde eksenel statik çekme kazık yükleme deneyi (S-KYD/Ç) gerçekleştirilmiştir. Kazık çekme deneylerinde birinci tip TK-2 (TİP-A) deney kazığı konvansiyonel olarak kazık başından çekilmesi ve ikinci tip ise TK-3 (TİP-B) ise özel bir tertibat ile kazık tabanından çekilecek şekilde imal edilmiştir. Kazık başından çekilmesi durumu (TİP-A) için deneyde uygulanan eksenel çekme yükü altında betonun çekme deformasyon kapasitesine ulaşıldığında çatlak gelişimi birim deformasyon ölçümlerinde tespit edilmiș ve tahribatsız deney uygulamalarıyla da teyit edilmiştir. Bu durum yaklaşık 70-120 mikroStrain mertebelerinde gözlenmiș olup literatürdeki eksenel yük ve momente maruz beton kesitindeki çatlak gelişimini inceleyen çalıșmalar ile uyumludur. Bu menfi etkilerin bertaraf edildiği betonda çekme gerilmesinin oluşmadığı tarzda orijinal bir düzenek tasarlanmıştır. Bu düzenek vasıtası ile aynı şartlardaki komşu kazık, tabandan yukarı istikamette çekilerek betonda basınç gerilmesi mobilize edilerek çekme yükü altında test edilmiştir. Bu geliştirilen orijinal deney ve imalat usulü konvansiyonel olarak kazık başından çekilerek tatbik edilen çekme yükleme durumundaki problemleri bertaraf ettiği kazığın yük deplasman performansında ve yük transfer ilişkisinde hatırı sayılır bir şekilde performans artışı sağladığı gözlemlenmiştir. TİP-A ve TİP-B yük tatbik noktasının farklı olması sebebiyle doğrudan karşılaştırma yapmak mümkün olmamakla beraber genel bir kıyaslama maksadıyla, kazık taşıma kapasitesi tahmin yöntemi Davisson Yöntemi ile kazık başı yükü ve kazık başı deplasmanı için yapılan analizde kazık kapasitesi TİP-A için 6.1MN iken TİP-B için 8.9MN ve kazık tabanı yük - kazık tabanı deplasman için yapılan analizde ise TİP-B için 7.3MN olarak belirlenmiştir. Bu da benzer şartlarda iki komşu eş fore kazığın farklı tarzda yüklenmesiyle elde edilen kapasitenin kazık başı yük - kazık başı deplasman ilişkisine göre “Davisson Kazık Kapasitesi Tahmin Yöntemi” ile ~%146 mertebelerinde yine TİP B için kazık tabanı yük - kazık tabanı deplasman ilişkisi kıyaslamasına göre ise ~%120 mertebelerinde daha yüksek çekme kapasitesine ulaştığı anlamına gelmektedir.

Keywords

Betonarme çekme kazıkları, enstrümante edilmiş kazık yükleme deneyi, aletsel gözlem, çatlak, performansa dayalı kazık tasarımı, kazık süreklilik/bütünlük deneyi

References

• ACI Committee, American Concrete Institute, International Organization for Standardization (2014), “Building Code Requirements for Structural Concrete” (ACI 318-14) and Commentary. American Concrete Institute.
• Akçay Aldanmaz, B. (2020). Karma Lifli Betonların Tek Eksenli Çekme Altında Çatlak Yapısının İncelenmesi. Teknik Dergi, 31(1), 9773-9787. https://doi.org/10.18400/tekderg.419819
• Amir, E.I and Amir J.M. (1998), “Recent Advances in Ultrasonic Pile Testing”, Proc. 3rd Intl’ Geotechnical Seminar on Deep Foundation On Bored and Auger Piles, Ghent, pp. 181-185
• ASTM D3689/D3689M-07, (2013) e1., “Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Tensile Load”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, www.astm.org
• ASTM D5882-16, (2016), “Standard Test Method for Low Strain Impact Integrity Testing of Deep Foundations”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, www.astm.org
• ASTM D6760-16, (2016), “Standard Test Method for Integrity Testing of Concrete Deep Foundations by Ultrasonic Crosshole Testing”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, www.astm.org
• Bicocchi, N., (2011), “Structural and Geotechnical Interpretation of Strain Gauge Data from Laterally Loaded Reinforced Concrete Piles”, PhD Thesis, University of Southampton.
• Borosnyoi, G. and Balazs, G. (2005), “Models for flexural cracking in concrete: the state of the art”, Structural Concrete 6 No 2: 53-62.
• England, M.G. (2012), “On the Subject of Piles in Tension”. 680-693. 10.1061/ 9780784412084.0047.
• Fellenius, B.H. (1989), “Tangent Modulus of Piles Determined from Strain Data”. ASCE, Geotechnical Engineering Division, the 1989 Foundation Congress, F.H. Kulhawy, Editor, Vol. 1, pp. 500-510.
• Fellenius, B.H., (2021). “Basics of Foundation Design”, Electronic Edition, www.Fellenius.net.
• Fields, K. and Bischoff, P. H. (2004), “Tension stiffening and cracking of high-strength reinforced concrete tension members”, ACI Structural Journal 101(4): 447-456.
• İnanir, O.E. (2018), “Eksenel Yüklü Kazıklarda Yük Transfer İlişkisi ve Çekme Yüküne Maruz Fore Kazıklarda Süreklilik”, FC-TUGM Sempozyumu `Prof.Dr. Feyza Çinicioğlu Onuruna Teoriden Uygulamaya Geoteknik Mühendisliği Sempozyumu`, İstanbul Üniversitesi, 10-05-2018, 92-106.
• İnanır, O.E., İnanır, M. (2022), “Integrity of Bored Piles Under Tension”, 11th International Stress Wave Conference, September 20-23 2022 Rotterdam The Netherlands,
• İnanır, O.E., Berilgen, M.M., Şenol, A. (2022), “Çekme Yüküne Maruz Betonarme Kazıklarda Çatlak Gelişimi”, Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği 18. Ulusal Konferansı, 29-30 Eylül 2022 Erciyes Üniversitesi, Kayseri.
• Jardine, R.J. and Chow, F.C.(1996), “New design methods for offshore piles”, MTD Publication 96/103, MTD, London.
• Liew, S.S., Khoo, C.M. and Tan, S.T. (2011), “Pile Performance in Weathered MetaSedimentary Formation and KL Limestone”, Corpus ID: 198924708, Malaysia.
• Likins, G. E., Rausche, F., Webster, K. and Klesney, A. (2007), ‘‘Defect Analysis for CSL Testing’’. Geo-Denver 2007 New Peaks in Geotechnics.
• Middendorp, P., Schellingerhout, J., (2006), “Pile Integrity Testing in the Netherlands”, 10th International Conference on Piling and Deep Foundations, DFI, Amsterdam.
• Somayaji, S. and Shah, S. P. (1981), “Bond stress versus slip relationships and cracking response of tension members”, ACI Journal Proceedings 78(3): 217-225.