Rilevamento non distruttivo della lunghezza della pila per alta

Un nuovo metodo di prova consentirà a MnDOT di determinare la profondità dei pali di fondazione sotterranei delle torri faro ad alto palo (HMLT) senza scavare o smantellare. Gli HMLT devono soddisfare gli standard di progettazione per garantire la stabilità portante. Utilizzando il nuovo metodo per valutare la profondità dei pali, MnDOT potrebbe evitare costosi ammodernamenti o sostituzioni e dare priorità alle torri faro che necessitano di riprogettazione.

Centinaia di torri faro ad alto palo (HMLT) sono installate in tutto il Minnesota e molte sono in funzione da diversi decenni. L'Ufficio ponti e strutture di MnDOT ha il compito di garantire che le torri e le loro fondazioni soddisfino le attuali specifiche di AASHTO Load and Resistance Factor Design (LRFD) e di riprogettarle, se necessario.

Per effettuare tale determinazione, gli ingegneri devono comprendere la struttura, la geometria e le dimensioni delle fondazioni HMLT. Sebbene le fondazioni HMLT del Minnesota siano generalmente progettate con una piattaforma triangolare di cemento fissata ai vertici da tre pali incastonati angolarmente, i dettagli potrebbero essere sconosciuti perché mancano la documentazione di costruzione e i dati sul suolo per molte torri.

"È stata una sfida monitorare le torri faro ad alto palo per garantire il rispetto degli attuali standard di progettazione. Ma i test sul campo di successo e un'analisi approfondita hanno prodotto uno strumento molto utile ed economico", ha affermato Rich Lamb, ingegnere delle fondazioni, MnDOT Ufficio dei materiali e della ricerca stradale.

Il fatto che una fondazione HMLT soddisfi le specifiche LRFD dipende dalla profondità dei pali. Senza i registri di costruzione o altre prove della profondità dei pali, le fondazioni avrebbero bisogno di un costoso adeguamento o sostituzione per garantire il rispetto degli standard di progettazione.

Altri programmi MnDOT hanno esplorato o implementato varie tecnologie di rilevamento remoto o non distruttivo per l'ispezione delle risorse. L'agenzia desiderava uno strumento di screening per identificare le lunghezze delle pile sul posto per stabilire in modo efficace la priorità su quali HMLT necessitano di attenzione.

L'obiettivo di questo progetto era sviluppare un metodo non distruttivo, comprendente l'analisi dell'hardware e dei dati offline, per determinare le lunghezze dei pali sul posto.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato un approccio su più fronti per ideare una tecnica sul campo in grado di rilevare la lunghezza dei pali di fondazione sotterranei. I membri del team hanno identificato una metodologia di rilevamento basata su due tecniche di vibrazione meccanica: una vibrazione a stato stazionario proveniente da uno scuotitore a pistone pneumatico e un singolo impatto del martello su una piastra di montaggio.

Entrambi i metodi applicavano la vibrazione sopra il fusto del palo. Un penetrometro a cono sismico inserito nel terreno ha testato il profilo del terreno – o stratificazione – ed è stato dotato di un trasduttore di movimento sulla punta. Un'asta di acciaio separata inserita tra la copertura del palo e la sorgente di vibrazione ha fornito un collegamento fisico per la trasmissione delle vibrazioni meccaniche attraverso il palo. A causa dell'elevato contrasto di impedenza sismica tra il palo e il terreno circostante, le onde sismiche causate dalle vibrazioni vengono trasmesse fino al fondo del palo e nel terreno circostante. I dati sulle onde raccolti dalla strumentazione vengono utilizzati per aiutare a stimare la lunghezza del palo.

Dopo aver esaminato i limitati dati di costruzione esistenti sui progetti di fondazione HMLT del Minnesota e sulle caratteristiche del suolo, i ricercatori hanno creato un modello computazionale per simulare e analizzare in 3D l'interazione tra il terreno e i pali nel contesto della metodologia di rilevamento e, in definitiva, la correlazione tra la forma d'onda modelli e profondità del pelo. Il modello ha inoltre fornito informazioni sui parametri di test più efficaci per i due metodi, tra cui la frequenza di vibrazione ottimale e la posizione dei sensori sismici.

"Sebbene il nostro metodo possa sembrare costoso (5.000 dollari per analizzare una singola torre), ha il potenziale per far risparmiare ai contribuenti del Minnesota fino a 8 milioni di dollari, poiché sostituire una fondazione HMLT costa circa 40.000 dollari", ha affermato Bojan Guzina, professore del Dipartimento di Civiltà dell'Università del Minnesota. , Ambientale e Geoingegneria.

Il gruppo di ricerca ha progettato reti neurali profonde, ovvero una serie di algoritmi, per interpretare i dati relativi alle vibrazioni e all’impatto del martello in relazione alla profondità del palo. Sebbene per creare un algoritmo di apprendimento automatico siano normalmente necessari dati sul campo adeguati, i ricercatori hanno utilizzato migliaia di simulazioni di modelli come dati di addestramento proxy.