Rozpoznanie geotechniczne przed budową

Każdy obiekt budowlany ma kontakt z podłożem gruntowym, a obciążenia przenoszone na grunt powodują jego odkształcenia, czego efektem jest osiadanie fundamentów. Skutkiem przemieszczeń fundamentów są zmiany w rozkładzie sił wewnętrznych oraz dodatkowe odkształcenia konstrukcji. Aby prawidłowo zaprojektować konstrukcję, należy wcześniej odpowiednio rozpoznać podłoże gruntowe. Tradycyjną metodą badań są odwierty dostarczające informacji na temat rodzaju gruntu i umożliwiające pobór próbek do badań laboratoryjnych. Jednak podczas pobierania próbek, nawet przy zachowaniu wysokiego reżimu, dochodzi do naruszenia struktury gruntu, odprężenia lub zmiany wilgotności. Dlatego, aby otrzymać wiarygodne parametry, niezbędne jest przebadanie znacznej liczby próbek, co jest czasochłonne i powoduje znaczne koszty. Alternatywą do badań laboratoryjnych są testy wykonywane in situ. Sondowania wykonywane w terenie dostarczają informacji o gruncie w stanie naturalnych naprężeń. Pomimo że w badaniach terenowych najczęściej nie wyznacza się wymaganych parametrów podłoża bezpośrednio (np. kąta tarcia wewnętrznego, modułów odkształcenia/ściśliwości), to z wykresów sondowań otrzymuje się bardzo dużą liczbę danych do późniejszej interpretacji, w tym cenną informację na temat sztywności podłoża.

Zobacz:

• Wpływ materii organicznej na parametry gruntów
• Przemarzanie gruntu a projektowanie fundamentów
• Złożone warunki gruntowo-wodne a realizacja inwestycji drogowych – raport z placu budowy

Sondowanie, oprócz dostarczania danych liczbowych, pozwala na określenie granic warstw oraz przybliżone rozpoznanie rodzaju gruntu. Wyniki sondowań są podstawą do opracowania przekrojów geotechnicznych i bardzo dobrze obrazują zmienność podłoża (rys. 1). Obecnie także szeroko są stosowane i rozwijane metody projektowania bezpośrednio z wyników badań in situ, np. obliczanie nośności pali z parametrów sondowań statycznych CPT (np. metoda Bustamante-Gianeselli) [1] lub prognozowanie osiadania fundamentu na podstawie wyników testów dylatometrem płaskim DMT [2].

Rys. 1. Przekrój geotechniczny opracowany na podstawie rozpoznania łączonego za pomocą odwiertów i sondowań CPTU

Przegląd najpopularniejszych metod badań in situ

Obecnie na świecie opracowano kilkadziesiąt metod badań terenowych gruntu, podczas których rejestruje się różne parametry. Mnogość metod bardzo dobrze obrazuje rys. 2 [3]. Wśród sondowań rozróżnia się m.in. statyczne wciskane i wkręcane oraz dynamiczne wbijane i udarowo-obrotowe. Pochodną sondowań są także wszelkie testy wykonywane in situ, jak badanie dylatometrem płaskim DMT, sejsmiczne lub presjometrem Menarda.

Rozpoznanie geotechniczne. Rys. 2. Metody badań gruntu in situ stosowane w geotechnice [3]

Najprostszą a zarazem najpopularniejszą metodą jest sondowanie dynamiczne polegające na wbijaniu w grunt stożka o określonej geometrii za pomocą obciążnika o ustalonej masie. Wynikiem testów jest liczba uderzeń potrzebna na wpęd 10, 20 lub 30 cm. Sondowania dynamiczne obecnie są najczęściej wykorzystywane do określenia stopnia zagęszczenia I_D rodzimych gruntów piaszczystych lub wskaźnika zagęszczenia I_S gruntów nasypowych, jednak interpretacja wyników jest znacznie ograniczona dla gruntów spoistych i organicznych.

Najbardziej uniwersalną metodą badania in situ jest sondowanie statyczne CPT i CPTU. W testach CPT prowadzi się quasi-ciągły (co 1 lub 2 cm) pomiar oporu stożka q_c i tarcia na pobocznicy f_s, a w testach CPTU dodatkowo pomiar ciśnienia wody w porach u, przy czym w zależności od położenia czujnika rozróżnia się u₁, u₂ (najczęstszy pomiar) lub u₃. Do wciskania stożka służą penetrometry. Ze względu na duże opory wykorzystuje się ciężkie samochody tzw. CPT Trucki lub częściej w Polsce urządzenia samobieżne, które równoważą siłę wciskania dzięki zakotwieniu w gruncie (fot. 1).

Fot. 1. Sondowanie CPTU : a) penetrometr samobieżny podczas pracy, b) monitor umożliwiający analizę danych w czasie rzeczywistym, c) stożek bezpośrednio przed wciśnięciem w grunt

Opory rejestrowane są przez czujniki elektryczne i wyświetlane w czasie rzeczywistym przez oprogramowanie na monitorze komputera, dzięki czemu można na bieżąco analizować dane, a w razie potrzeby korygować głębokość rozpoznania. Wyniki sondowań przedstawia się w formie wykresów.

W dalszej części artykułu:

• Rozpoznanie geotechniczne z użyciem stożków mechanicznych (Begemanna).
• Badanie dylatometrem płaskim DMT.
• Rozpoznanie geotechniczne. Znaczenie wyników sondowań.
• Projektowanie z wyników sondowań.

dr inż. Krzysztof Nepelski Politechnika Lubelska

Bibliografia
1. K. Gwizdała, Fundamenty palowe, Technologie i obliczenia, t. 1, PWN, Warszawa 2011.
2. S. Marchetti, P. Monaco, G. Totani & M. Calabrese, The Flat Dilatometer Test (DMT) in Soil Investigations, A Report by the ISSMGE Committee TC16, 2001.
3. P.W. Mayne, The 26th Széchy Lecture: Use of in-situ geotechnical tests for foundation systems. Proceedings of the Széchy Károly Emlékkonferencia, published by the Hungarian Geotechnical Society, Budapest 2020.

Sprawdź też:

• Kontrola zagęszczenia gruntów lekką płytą dynamiczną
• Wzmacnianie podłoża metodą ubijania, wymiana dynamiczna
• Produkty budowlane