Thiết bị thí nghiệm PDA

Nguyên lý của phương pháp thử động biến dạng lớn và thiết bị phân tích động cọc PDA dựa trên nguyên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong bài toán va chạm của cọc, với đầu vào là các số liệu đo gia tốc và biến dạng thân cọc dưới tác dụng của quả búa.
Các đặc trưng động theo Smith là đo sóng của lực và sóng vận tốc

Thiết bị thí nghiệm PDA được thiết kế để ghi nhận và phân tích sóng cơ học truyền trong cọc thông qua các đầu dò gắn trên thân cọc bao gồm 2 đầu đo gia tốc (accelerometers) và 2 đầu đo biến dạng (strain gages). Dưới tác dụng của búa đóng cọc lên đầu cọc, sẽ xuất hiện sóng cơ học truyền từ đầu cọc xuống mũi cọc rồi phản xạ ngược lên. Do cọc ngập trong đất nên sóng phản xạ sẽ bị hao tổn khi đi qua các lớp đất xung quanh cọc.

Thiết bị thí nghiệm PDA sẽ đo lường mức độ hao tổn và đưa vào mô hình đất nền tương ứng. Từ đó sẽ đánh giá được khả năng chịu tải của cọc bao gồm sự phân bố của ma sát thành và sức kháng mũi.

Bộ phận đo các tín hiệu động thu nhận được:

Bộ phận này bao gồm các cảm biến có khả năng đo độc lập ứng suất và gia tốc đối với thời gian ở một vị trí đặc trưng dọc theo thân cọc trong suốt thời gian thí nghiệm. Ít nhất 2 trong số các cảm biến này, một trong số đó được đặt ở mặt đối diện của thân cọc, sẽ được gắn cố định bằng bu lông, keo hoặc hàn do đó chúng không thể bị trượt.

Các cảm biến đo lực hoặc ứng suất: Khi các cảm biến này được gắn lên thân cọc, tần số thông thường của chúng sẽ vượt quá 2000Hz. Ứng suất đo được sẽ được chuyển đổi thành lực sử dụng diện tích mặt cắt ngang cọc và mô đun đàn hồi động tại vị trí đo. Kết nối giữa các cảm biến lực và cọc phải là một khối nhỏ nhất có thể và lớp đệm ít nhất có thể cần thiết để ngăn chặn các tác động.

Các cảm biến đo gia tốc, vận tốc và chuyển vị: Dữ liệu về vận tốc thu được bởi gia tốc kế, cung cấp số liệu có khả năng xử lý bởi bộ phận tích hợp trong thiết bị để chuyển đổi dữ liệu. Ít nhất 2 gia tốc kế với tần số cộng hưởng trên 2500Hz được đặt ở các khoảng cách như nhau trên các mặt xuyên tâm của cọc. Các gia tốc kế làm việc được với cả dòng điện xoay chiều và một chiều.

Các cảm biến đo chuyển vị: Các cảm biến sẽ được đặt đối diện xuyên tâm và trên các khoảng cách hướng tâm như nhau ở các khoảng cách dọc trục giống nhau từ đáy cọc do đó các phép đo bù trừ cho độ uốn của cọc. Các cảm biến sẽ được hiệu chỉnh tới độ chính xác 3% trong suốt khoảng đo áp dụng được. Nếu có các lỗi bị nghi ngờ trong quá trình sử dụng, các cảm biến sẽ được hiệu chỉnh lại (hoặc thay thế).

Bộ phận đo ghi, chuyển đổi và hiển thị dữ liệu:

Các tín hiệu từ các cảm biến trong suốt quá trình thí nghiệm sẽ được truyện tới bộ phận đo ghi, chuyển đổi và hiển thị dữ liệu để có thể tính toán chính xác lực tác dụng, vận tốc so với thời gian. Nó cũng có thể tính toán cả giá trị gia tốc và chuyển vị của đầu cọc và năng lượng truyền tới cọc.

Bộ phận truyền tín hiệu:

Các tín hiệu từ các cảm biến sẽ được truyền tới bộ phận ghi, chuyển đổi và hiển thị dữ liệu bởi dây cáp hoặc bộ phận tương đương. Các sợi cáp này được bảo vệ đối với dao động điện tử giới hạn hoặc sự nhiễu động.

Bộ dây cáp nối với cảm biến và bộ dây cáp nối với thiết bị

Các thông số thí nghiệm xác định

Phương pháp thí nghiệm này được sử dụng để cung cấp các dữ liệu về ứng suất hoặc lực và gia tốc, vận tốc hoặc chuyển vị của cọc dưới tác dụng của lực chấn động. Các dữ liệu này được sử dụng để đánh giá sức chịu tải và mức độ toàn vẹn của cọc, cũng như năng lượng búa đóng, ứng suất trong thân cọc, và các đặc trưng động học đất nền như là hệ số giảm chấn và hệ số chấn động.

Khả năng ứng dụng trong khảo sát ĐCCT

Thiết bị thí nghiệm PDA có thể áp dụng cho tất cả các loại cọc như cọc bê tông đúc sẳn, cọc khoan nhồi, cọc thép, cọc gỗ, cọc composite... Thiết bị thí nghiệm PDA được thực hiện nhanh chóng, chi phí thấp và cho kết quả đáng tin cập.
Thiết bị thí nghiệm PDA được sử dụng rộng rãi trong quá trình khảo sát điều kiện đất nền phục vụ cho công tác thiết kế và thi công móng cọc.