Oznaczanie parametrów fizycznych i mechanicznych przy pomocy penetrometru tłoczkowego i ścinarki obrotowej
Penetrometr tłoczkowy
Badania gruntów penetrometrem tłoczkowym uzupełniają badania makroskopowe dając wartości wskaźnikowe. Mogą być wykonywane zarówno w terenie jak i w laboratoriach, na próbkach gruntu z nienaruszoną strukturą (NNS).
Spójność gruntu określa się w tym przypadku z oznaczonej w umownych warunkach pomiaru granicznej siły Qf(uznawanej umownie także za wytrzymałość gruntu na ściskanie jednoosiowe), przy założeniu, że kąt tarcia wewnętrznego wynosi 0°.
Penetrometr tłoczkowy powstał w wyniku badań doświadczalnych amerykańskiej firmy „Soiltest". Penetrometr można stosować do badań gruntów spoistych o zawartości frakcji iłowej ponad 10%.
Przebieg badania
1. Wyrównuje się powierzchnię badanego gruntu.
2. W przypadku badania w laboratorium wyciętą próbkę gruntu kładzie się na twardej, poziomej powierzchni. Wymiary próbki w takim przypadku nie mogą mniejsze niż: dla prostopadłościanu 5 x 5 x 3 cm, dla walca ∅ = 6 cm, h= 3cm
3. Pierścień wskaźnikowy penetrometru przesuwa się do góry (w pozycję 0) aż do oparcia go o rękojeść.
4. Końcówkę trzpienia przykłada się do powierzchni gruntu, ustawiając penetrometr prostopadle do tej powierzchni.
5. Wolno i równomiernie wciska się końcówkę penetrometru w grunt, aż do momentu zagłębienia się jej do wyznaczonej na niej kreski na głębokość 6,35 mm.
6. Zwalnia się nacisk i wyciąga penetrometr z gruntu.
7. Odczytuje się wskazania na podziałce pomiarowej, wyznaczone krawędzią pierścienia od strony rękojeści penetrometru.
8. Należy wykonać co najmniej 5 pomiarów dla danej próbki gruntu. Miejsca wciskania powinny być oddalone od siebie i ewentualnie od krawędzi próbki nie mniej niż o 1 cm.
Obliczanie wyników
1. Za wartość granicznej siły wciskania Qf uznaje się średnią arytmetyczną z co najmniej 5 odczytów. Jedna podziałka skali penetrometru wynosi zazwyczaj 20 kPa, a dokładność odczytu szacunkowego powinna być około 10 kPa.
2. Spójność gruntu (cu w kPa) oblicza się na podstawie wartości Qf w sposób właściwy dla danego penetrometru. W większości penetrometrów cu = Qf. Dla firmy „Soiltest" wartość cu oznacza się mnożąc Qf przez 1/2. Według PN-88/B-04481 dla penetrometru typu
PP cu = 10 Kpp Qf, gdzie Kpp — współczynnik cechowania penetrometru.
Ścinarka obrotowa
Badania spójności gruntu ścinarką wykonuje się jako uzupełnienie badań makroskopowych. Oznaczenie to, tak jak i badanie penetrometrem, nie zastąpi badań laboratoryjnych.
Badanie ścinarką obrotową jest bardzo proste i podobne do wgłębnego badania spójności gruntu przez ścinanie krzyżakiem. Zasada pomiaru polega więc badaniu siły potrzebnej do wykonania obrotu zagłębionej w gruncie końcówki skrzydełkowej ścinarki. Pomiary ścinarką obrotową można przeprowadzać jednak tylko na powierzchni gruntu, na ścianach i w dnach wykopów, na próbkach o strukturze nienaruszonej itp. Ścinarkę obrotową można stosować do badań gruntów spoistych charakteryzujących się oporem na ścinanie w granicach 0-250 kPa.. Końcówki dobiera się w zależności stanu gruntu warunkującego opór ścinania. Dla gruntów półzwartych i twardoplastycznych stosuje się końcówkę małą, dla gruntów w stanie twardoplastycznym i plastycznym — końcówkę średnią, dla gruntów w stanie miękkoplastycznym i płynnym — końcówkę dużą. Końcówka normalna (TV2) jest integralną częścią ścinarki, a pozostałe stanowią wyposażenie dodatkowe.
Przebieg badania
1. Wyrównuje się powierzchnię gruntu.
2. W przypadku badania próbek w laboratorium wymiary powierzchni próbek powinny być nie mniejsze niż podwójna średnica stosowanej końcówki.
Wyjątek mogą stanowić grunty miękkoplastyczne i płynne, których próbki mogą mieć wymiar tylko o 2 cm większy niż średnica końcówki.
3.Wskazówkę na tarczy pomiarowej ścinarki ustawia się w pozycji 0.
4. Ustawiając wskazówkę prostopadle do powierzchni gruntu wciska się ją na głębokość równa wysokośc skrzydełek.
5. Obraca się wolno i równomiernie pokrętłem w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z szybkością około 1 działki na sekundę, aż do ścięcia gruntu(moment uzyskania największego oporu).
6. Według wskazań wskazówki na tarczy górnej ścinarki odczytuje się wartość momentu granicznego Mf (kG • cm lub w kN • m).
Obliczanie wyników
Wartość oporu na ścinanie otrzymuje się przez pomnożenie odczytu na tarczy przez odpowiednią wartość współczynnika Ktv zgodnie ze wzorem:
τ max= Mf*Ktv
τ max - wytrzymałość na ścinanie(kG*cm -2,Pa)
Mf - moment graniczny(kG *cm, N*m)
Ktv - współczynnik przeliczeniowy = 12/π * 1/D2(D+6H)
Wartość współczynnika Ktv , zależną od wielkości końcówki.
Uwagi o metodzie
W przypadku badań za pomocą ścinarki gruntów o dużej zawartości frakcji
piaszczystej i żwirowej uzyskane wyniki mogą być obarczone błędem wynikającym z powstawania szczelin w gruncie w trakcie wciskania i obrotu końcówki skrzydełkowej.
Przy badaniu gruntów warstwowanych, składających się z warstw iłu i pyłu, jest zalecane wykonywanie ścinania pod kątem 45° w stosunku do powierzchni warstw, gdyż przeważnie pod takim katem (30-45°) rozchodzą się linie ścinania pod fundamentem. Ścinanie po przypadkowych powierzchniach( np. tylko w warstwie ilastej czy tylko pylastej) powoduje duży błąd i rozrzut wyników).