Numerical study of the use of Non-destructive Impact Test methods for the exam of integrity of concrete piles

يتضمن هذا البحث دراسة عددية بطريقة العناصر المنتهية تهدف إلى تقييم قابلية و دقة استخدام طريقةِ الإستجابة للصدمة غير المخربة في تَخمين الطولِ و المقطع العرضي لوتد بيتوني سليم (غير مشوه) في المجالين الزمني و الترددي. من أجل ذلك، قمنا بوضع موديل عددي مناسب للمسألة يعتمد على نمذجة كل من قوة الصدم (حمولة نبضية) و وسط الإنتشار (التربة + الوتد) و إدخاله في برنامج الحساب العددي ABAQUS. قمنا بتحقيق الموديل العددي على نتائج قياسات حقلية حصلنا عليها بنتيجة البحث المرجعي و وجدنا تقارباً جيداً بين القياسات و النتائج العددية. بعد ذلك قمنا بتطبيق الموديل على مثال نموذجي بهدف دراسة إنتشار الإهتزاز في الوتد و الناتج عن الحمولة النبضية المطبقة على رأس الوتد و توصلنا الى رسم منحني الإستجابة الميكانيكية للوتد و تحديد كل من طوله و مساحة مقطعه. أخيراً، أجرينا دراسة بارامترية لأهم العوامل المؤثرة على إنتشار الإهتزاز الناتج عن الحمولة النبضية المطبقة على رأس الوتد (صلابة التربة المحيطة بالوتد، طول الوتد المغروز في التربة) و تأثيرها على دقة التنبؤ بطول الوتد و سطح مقطعه. أجريت الدراسة البارامترية في مجالين: الزمني اعتماداً على التحليل المباشر للسجلات الزمنية للانتقال و السرعة الجزيئيين، و الترددي اعتماداً على تحليل منحني الإستجابة الميكانيكية للوتد. تمكننا نتائج هذا البحث من استخدام الموديل العددي المقترح للحصول عددياً على السجلات الزمنية للانتقال و السرعة الجزيئيين و كذلك منحني الإستجابة الميكانيكية المحسوبة عند رأس الوتد و التي تشكل مخططات مرجعية تستخدم لاحقاً للمقارنة مع المخططات المماثلة الناتجة عن الاختبار الحقلي للأوتاد المنفذة و التوصل بالنتيجة إلى اختبار سلامة الأوتاد و كشف التشوهات في جسمها إن وجدت. كذلك يمكننا من تحديد حدود استخدام كل من طريقتي التحليل المعتمدتين في البحث و اختيار الأفضل بينهما حسب الحالة المدروسة.

This research includes a numerical study using Finite Element Method aims to evaluate the ability and accuracy of using Non-destructive Impact Response Method in the assessment of length and cross-sections of intact concrete pile (not deformed) in both time and frequency domains. Therefore, an appropriate numerical model depends on the modeling of both impact force (impulsive load) and distributing medium (pile + soil) and insert them in computing software ABAQUS was carried out. The numerical model was verified corresponding to field measures obtained from literature review and the results showed good agreement between measures and numerical results. Furthermore, the model was applied on a typical example in order to study vibration distribution in the pile due to impulsive load applied on pile top. Mechanical response curve of intact pile was obtained. Then, both of length and cross-section area of the pile were determined. Finally, parametrical study of most important factors (stiffness of soil surrounding the pile and length of pile embedded in the soil) effect on vibration distribution resulted from impulsive load applied on pile top. The parametrical study was carried out in two domains; first one was time domain depending on the direct analysis of particle displacement and velocity and the second was frequency domain depending on analysis of pile mechanical response curve. The results of this research enables to use the proposed numerical model to numerically obtain the time history of particle displacement and velocity in addition to the curve of mechanical response computed in the pile top and forms reference diagrams which is used later to compare with similar diagrams resulted from field test of executed piles. As a result, pile integrity test and detecting of defects in the piles if any. In addition, the limits of the use of both analysis methods adapted in research and choose the best between them according to the case study.