poprzednia strona
8 Badania sond
ą krzyżakową FVT
8.1 Wprowadzenie
Terenowe badanie sond
ą krzyżakową jest badaniem „in situ” wykonywanym ko ńcówką krzyżakową składającą się z
czterech prostok
ątnych skrzydełek umocowanych pod kątem 90° względem siebie, zagłębianą na żądaną głębokość w
grunt, a nast
ępnie obracaną.
Badanie sond
ą krzyżakową stosuje się w przypadku słabych i bardzo słabych gruntów spoistych oraz gruntów
organicznych w celu okre
ślenia ich wytrzymałości na ścinanie bez odpływu oraz wrażliwości strukturalnej.
Po wykonaniu, ze sta
łą prędkością, obrotu końcówką sondy, która powoduje ścięcie gruntu wzdłuż powierzchni
po
ślizgu, można pomierzyć wytrzymałość na ścinanie gruntu w stanie naruszonym, jak równie ż obliczyć jego
wra
żliwość strukturalną.
Badanie powinno by
ć wykonane zgodnie z metodyką, której najważniejsze wymagania podano w niniejszym rozdziale.
Na podstawie przeprowadzonych bada
ń należy sporządzić dokumentację zawierającą szczegóły badania oraz wyniki.
Ewentualne odst
ępstwa od podanych wymagań powinny być odnotowane, a ich wpływ na wyniki badań skomentowany.
Odst
ępstwa te na ogół wiążą się z różnymi wymiarami końcówek.
8.2 Definicje
8.2.1
maksymalny moment obrotowy
M
max
moment powoduj
ący zniszczenie struktury gruntu w strefie ścinania
UWAGA - M
max
jest momentem
ścięcia gruntu o nienaruszonej strukturze.
8.2.2
maksymalny moment obrotowy dla gruntu o zniszczonej strukturze
M
Rmax
moment obrotowy wywo
łujący zniszczenie gruntu w strefie ścięcia w warunkach naruszonej struktury
8.2.3
g
łębokość pomiaru
g
łębokość liczona od powierzchni terenu do środka wysokości końcówki krzyżakowej
8.2.4
czas do
ścięcia gruntu
czas od przy
łożenia momentu obrotowego do osiągnięcia maksymalnego momentu przy pomiarach w gruncie o
nienaruszonej strukturze
8.2.5
wytrzyma
łość na ścinanie w gruntach o nienaruszonej strukturze
τ
max
wytrzyma
łość na ścinanie w warunkach naturalnych
8.2.6
wytrzyma
łość na ścinanie gruntu w stanie naruszonym
τ
min
wytrzyma
łość na ścinanie po naruszeniu struktury gruntu
8.2.7
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 1
wra
żliwość strukturalna gruntu
S
tv
zale
żność pomiędzy wytrzymałością na ścinanie gruntu o nienaruszonej strukturze a wytrzyma łością gruntu o strukturze
naruszonej
8.3 Oprzyrz
ądowanie
8.3.1 Ko
ńcówka sondy krzyżakowej
Ko
ńcówka sondy krzyżakowej powinna składać się z żerdzi z końcówkami z prostokątnymi skrzydełkami połączonych
pod k
ątem 90° w stosunku do siebie (rysunek 10). Skrzyde łka końcówki powinny być równoległe do żerdzi i nie mogą
by
ć przekrzywione ani przekręcone.
Stosunek wysoko
ści H do średnicy D standardowej końcówki powinien wynosić 2,0.
Wymiary ko
ńcówki sondy (H x D) wynoszą 100 mm x 200 mm dla gruntów bardzo s łabych oraz 40 mm x 80 mm dla
gruntów twardoplastycznych. Obydwie ko
ńcówki stosuje się jako standardowe.
Grubo
ść pojedynczego skrzydełka nie powinna być większa niż 3,0 mm oraz nie mniejsza niż 0,8 mm. Trzpień
ko
ńcówki oraz spoiny powinny być na tyle małe, aby uniknąć zakłóceń w pomiarze wytrzymałości na ścinanie.
Rysunek 10 - Szkic ko
ńcówki sondy krzyżakowej
W celu zminimalizowania zak
łóceń podczas wciskania sondy w bardzo wrażliwych gruntach spoistych grubość
skrzyde
łek końcówki nie powinna przekraczać 2,0 mm.
Je
żeli sonda jest stosowana z rurą osłonową, to zagłębienie poniżej rury w czasie badania powinno być co najmniej
pi
ęć razy większe od średnicy końcówki.
Średnica trzpienia końcówki powinna być mniejsza niż 16 mm. Jednocześnie trzpień końcówki powinien być
odpowiednio sztywny, aby nie wygina
ł się przy pełnym obciążeniu.
Zaleca si
ę wyposażyć sondę w urządzenie umożliwiające oddzielenie momentu obrotowego dzia łającego na końcówkę
od momentu dzia
łającego na żerdzie. Można też stosować rury osłonowe.
8.3.2
Żerdzie
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 2
Żerdzie powinny mieć średnicę i wytrzymałość na skręcenie wystarczającą do przeniesienia momentu obrotowego
przekazywanego na ko
ńcówkę w czasie trwania badania.
Średnica żerdzi powinna wynosić przynajmniej 20 mm.
Żerdź powinna być prosta. Niewspółosiowość w miejscu łączenia żerdzi względem zewnętrznej średnicy powinna być
mniejsza ni
ż 0,1 mm. Maksymalne dopuszczalne wygięcie jednej lub dwóch połączonych żerdzi wynosi 2 mm na każdy
1 m d
ługości.
Je
żeli w celu uniknięcia wyboczenia żerdzi stosuje się rury osłonowe, wewnętrzna średnica rury powinna być na tyle
du
ża, by nie powodować tarcia wzdłuż żerdzi.
8.3.3 Wyposa
żenie dodatkowe
Przyrz
ąd do obracania końcówki powinien być tak zaprojektowany, by zapewniał dokładne przekazywanie siły ze stałą
pr
ędkością.
Urz
ądzenia rejestrujące powinny być zaprojektowane tak, aby można było dokładnie odczytać maksymalną wartość
momentu obrotowego.
Urz
ądzenia rejestrujące powinny być kalibrowane co najmniej raz na pó ł roku oraz gdy uległy zniszczeniu, przeciążeniu
lub by
ły naprawiane.
Zaleca si
ę stosowanie ciągłej automatycznej rejestracji pomiarów. Zalet ą przy interpretacji wyników badań jest
uzyskanie wykresu momentu obrotowego w funkcji k
ąta obrotu.
Zakres pomiaru k
ąta obrotu powinien wynosić 360° z dokładnością odczytu 1°.
8.4 Procedura bada
ń
8.4.1 Wst
ępne wiercenia oraz wciskanie sondy w grunt
Wst
ępne wiercenie powinno się wykonywać w przypadku występowania zwartego gruntu lub nasypu
uniemo
żliwiającego przeprowadzenie badania w niżej zalegających warstwach gruntu.
W przypadku stosowania systemu zewn
ętrznych rur osłonowych ciśnienie wody wewnątrz tych rur powinno być takie,
jak w gruncie na poziomie badania.
Sond
ę wciska się, o ile to możliwe, bez uderzeń i wibracji. Nie dopuszcza się wkręcania. Prędkość zagłębiania powinna
by
ć stała i nie przekraczać 20 mm/s.
Odleg
łość pomiędzy punktami pomiarowymi w planie powinna wynosi ć przynajmniej 2,0 m, gdy głębokość badania
przekracza 5 m.
Pierwsze badanie nale
ży prowadzić na głębokości co najmniej 0,5 m poniżej poziomu terenu lub dna otworu
wiertniczego. W przypadku wierce
ń o bardzo małych średnicach wymóg ten powinno się ograniczyć do pięciu średnic
otworu wiertniczego.
Minimalna odleg
łość (pionowa) pomiędzy dwoma badaniami w tym samym otworze powinna wynosi ć nie mniej niż 0,5
m.
8.4.2 Pomiar wytrzyma
łości na ścinanie
Czas od momentu gdy zostanie osi
ągnięta żądana głębokość do rozpoczęcia badania powinien wynosić od 2 min do 5
min.
Ko
ńcówkę należy obracać ze stałą prędkością. Moment obrotowy należy przykładać z taką prędkością, aby zniszczenie
gruntu wyst
ąpiło w warunkach bez odpływu.
Zalecana warto
ść prędkości obrotowej sondy, która spełnia podane kryteria wynosi od 0,1°/s do 0,2°/s (od 6°/min do
12°/min) dla gruntów spoistych. Pr
ędkość obrotową powyżej 0,5°/s można stosować w przypadku słabych gruntów
spoistych o ma
łej wrażliwości.
Badania bez rur os
łonowych powinny być prowadzone w taki sposób, aby można było wydzielić tarcie o żerdzie.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 3
Po zniszczeniu struktury gruntu i zanotowaniu maksymalnego momentu obrotowego nale
ży wykonać przynajmniej 10
szybkich obrotów w celu naruszenia struktury gruntu wzd
łuż powierzchni zniszczenia, notując stałą wartość momentu
obrotowego dla gruntu o naruszonej strukturze. Bezpo
średnio po tym należy wykonać nowe badanie zgodnie z
powy
ższymi zaleceniami.
8.5 Przedstawienie wyników bada
ń
Dokumentacja dotycz
ąca przebiegu badań powinna zawierać (dla rejestracji ręcznej i automatycznej) następujące
informacje:
–
rodzaj zastosowanego sprz
ętu i urządzenia rejestrującego moment obrotowy;
–
wymiary ko
ńcówki sondy;
–
średnicę żerdzi;
–
numer urz
ądzenia rejestrującego moment obrotowy (w celu sprawdzenia danych kalibracji);
–
dat
ę ostatniej kalibracji i współczynnik kalibracji urządzenia;
–
g
łębokość badania;
–
pr
ędkość obrotu końcówki w czasie badania;
–
maksymalny moment obrotowy dzia
łający na końcówkę w gruncie o nienaruszonej strukturze oraz moment
obrotowy w gruncie o naruszonej strukturze - przedstawione w postaci pojedynczych odczytów lub wykresu;
–
czas do
ścięcia (tylko czas obracania się końcówki);
–
uwagi dotycz
ące przeprowadzonych badań oraz szczegółów, które mogłyby wpłynąć na ich wyniki.
9 Badanie dylatometryczne DMT
9.1 Wprowadzene
Badanie polega na wciskaniu pionowo w grunt p
łaskiej końcówki wyposażonej w cienką, kołową, odkształcalną, stalową
membran
ę i na pomiarach, prawie ciągłych, naprężenia pomiędzy gruntem a nieodkształconą membraną oraz
napr
ężenia, gdy środek membrany przemieści się o 1,1 mm.
Wyniki bada
ń pozwalają na uzyskanie informacji o rodzaju gruntu, odkszta łcalności, historii naprężenia i wytrzymałości
na
ścinanie.
Badania gruntów za pomoc
ą dylatometru stosuje się najczęściej w przypadku iłów, glin, pyłów i piasków, tzn. wtedy, gdy
cz
ąstki i ziarna gruntu są małe w stosunku do rozmiarów membrany.
Badanie powinno by
ć wykonane zgodnie z metodyką, której najważniejsze wymagania podano w niniejszej normie.
Na podstawie przeprowadzonych bada
ń należy sporządzić dokumentację zawierającą szczegóły badania i wyniki.
Metodyka bada
ń może nie być opisywana w dokumentacji, gdy powołuje się na niniejszą normę.
9.2 Definicje
9.2.1 Sprz
ęt i procedura badawcza
Zasadnicze cz
ęści wyposażenia dylatometru przedstawiono na rysunku 11.
9.2.1.1
łopatka dylatometru
p
łaska końcówka stalowa wprowadzana w grunt w celu wykonania badania dylatometrycznego (DMT)
9.2.1.2
membrana
ko
łowa, stalowa membrana umieszczona na łopatce, odkształcająca się pod wpływem ciśnienia gazu
9.2.1.3
stycznik
umieszczony we wn
ętrzu płytki za membraną uruchamiający obwód elektryczny i wysyłający sygnał dźwiękowy lub
wizualny, gdy membrana osi
ąga dwa ustalone przemieszczenia - 0,05 mm i 1,10 mm
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 4
9.2.1.4
przewód pneumatyczno-elektryczny
przewód
łączący ostrze dylatometru z jednostką sterującą doprowadzający ciśnienie na wewnętrzną powierzchnię
membrany i zapewniaj
ący połączenie elektryczne pomiędzy układem sterującym a mechanizmem wyłączającym
9.2.1.5
jednostka steruj
ąca i jednostka kalibrująca
zestaw urz
ądzeń służący do przekazywania ciśnienia gazu na membranę oraz mierzący jego ciśnienie podczas
wy
łączania i włączania mechanizmu
9.2.1.6
uziemienie
przewód
łączący jednostkę sterującą z gruntem
9.2.1.7
źródło ciśnienia
zbiornik wype
łniony suchym niewybuchowym i niekorozyjnym gazem pod ci śnieniem
9.2.1.8
skalowanie membrany
procedura okre
ślająca ciśnienie (przykładane do membrany w momencie zassania oraz gdy ostrze znajduje si ę na
powietrzu) powoduj
ące odkształcenie środka membrany od położenia zerowego do 0,05 mm i 1,10 mm
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 5
Rysunek 11 - Wyposa
żenie dylatometru i naprężenia w gruncie
a) zestaw pomiarowy; b) widok
łopatki; c) membrana; d) naprężenia działające na membranę
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 6
9.2.2 Parametry badania DMT
9.2.2.1
ci
śnienie A
ci
śnienie (P
A
), które nale
ży przyłożyć w celu przemieszczenia środka membrany o 0,05 mm
9.2.2.2
ci
śnienie B
ci
śnienie (P
B
) potrzebne do uzyskania przemieszczenia si
ę środka membrany o 1,10 mm
9.2.2.3
ci
śnienie kalibracyjne membrany
∆
A
ssanie (
∆
P
A
), które nale
ży przyłożyć w celu osiągnięcia odchylenia środka membrany o 0,05 mm (badanie w
powietrzu)
9.2.2.4
ci
śnienie kalibracyjne membrany DB
ci
śnienie (DP
B
), które nale
ży przyłożyć w celu wychylenia środka membrany o 1,10 mm (badanie w powietrzu)
9.2.2.5
ci
śnienie DP
A;avg
i DP
B;avg
warto
ść średnia uzyskiwana ze względnych wartości DP
A
i DP
B
mierzonych przed i po ka
żdej serii badań w danym
otworze badawczym lub pojedynczym badaniu dylatometrem
9.2.2.6
ci
śnienie Z
m
odchylenia czujnika ci
śnienia od pozycji zero, gdy na ostrze działa ciśnienie atmosferyczne
9.2.2.7
ci
śnienie p
0
ci
śnienie powodujące ścisłe przyleganie membrany do gruntu, zwane również ciśnieniem kontaktowym (zerowe
rozszerzenie membrany)
9.2.2.8
ci
śnienie p
1
ci
śnienie gruntu na membranę, gdy jej środek wychyla się o 1,10 mm (rysunek 11)
9.2.2.9
ci
śnienie wody w porach u
0
ci
śnienie porowe poprzedzające wsunięcie łopatki i wychylenie środka membrany
9.2.2.10
napr
ężenie s
'
v
efektywne napr
ężenie pionowe
9.2.2.11
sta
ła I
DMT
sta
ła materiałowa dylatometru, służąca do określenia rodzaju gruntu
9.2.2.12
sta
ła K
DMT
wspó
łczynnik naprężenia poziomego zależny od naprężenia poziomego w gruncie
9.2.2.13
modu
ł dylatometryczny E
DTM
parametr zwi
ązany z modułem odkształcenia gruntu
9.3 Oprzyrz
ądowanie
9.3.1 Wyposa
żenie dylatometru
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 7
Wyposa
żenie dylatometru powinno składać się z następujących części:
–
łopatki dylatometru wraz z układem żerdzi,
–
przewodu pneumatyczno-elektrycznego,
–
uziemienia,
–
jednostki steruj
ącej i jednostki kalibrującej,
–
źródła ciśnienia (butla z gazem).
Wymiary i k
ąt rozwarcia ostrza powinny zawierać się w granicach podanych na rysunku 11.
Przewód pneumatyczno-elektryczny, który
łączy jednostkę sterującą z łopatką dylatometru, powinien mieć łączniki ze
stali nierdzewnej z drucianymi izolatorami zapobiegaj
ące spięciom i ulatnianiu się gazu.
Jednostka steruj
ąco-kalibrująca powinna zawierać odpowiednie urządzenie pomiarowe i łączące zapewniające
nast
ępujące funkcje:
–
uziemienie,
–
sterowanie pr
ędkością przepływu gazu podczas pomiaru oraz pomiar ciśnienia gazu przekazywanego z
jednostki steruj
ącej na łopatkę i membranę,
–
sygnalizacj
ę momentów zmian „włączenie - wyłączenie”, „wyłączenie - włączenie”.
Przyrz
ądy mierzące ciśnienie urządzenia sterującego i kalibrującego powinny pozwalać na określenie ciśnienia
przekazywanego na membran
ę z przyrostami po 10 kPa z powtarzalnością 2,5 kPa z powtarzalnością 2,5 kPa
przynajmniej dla ci
śnień o wartości poniżej 500 kPa.
Źródło ciśnienia (butla gazu) powinno mieć odpowiednie urządzenie regulujące oraz zawory i przewód łączący butlę z
jednostk
ą sterującą.
9.3.2 Urz
ądzenie wciskające
Urz
ądzenie wciskające końcówkę w grunt powinno składać się z:
–
si
łownika wciskającego łopatkę dylatometru w grunt,
–
żerdzi odpowiednio połączonych z łopatką dylatometru,
–
wydr
ążonego łącznika ze specjalnym wyjściem dla przewodu pneumatyczno-elektrycznego.
Urz
ądzenie wciskające powinno umożliwić pionowe zagłębienie ostrza dylatometru przy pomijalnych si łach poziomych i
momentach skr
ęcających.
Zalecana pr
ędkość zagłębiania powinna wynosić od 10 mm/s do 30 mm/s. Należy unikać wbijania sondy z wyjątkiem
przypadku przeciskania ostrza przez zwarte lub mocno scementowane warstwy, których nie mo
żna przejść za pomocą
wciskania.
Żerdź powinna być prosta i mieć odpowiednią sztywność na wyboczenie.
9.4 Procedura badania
9.4.1 Kalibracja i kontrola
Wszystkie urz
ądzenia sterujące, łączące i pomiarowe powinny być okresowo sprawdzane i kalibrowane za pomoc ą
odpowiednich instrumentów, w celu zapewnienia niezawodnych i dok
ładnych pomiarów.
Łopatka dylatometru i membrana powinny by ć sprawdzone przed wykonaniem badań. Łopatka powinna być
zamontowana osiowo w stosunku do
żerdzi i mieć ostry koniec. Membrana nie powinna by ć zabrudzona cząstkami
gruntu i nie powinna mie
ć zarysowań oraz powinna wyginać się w sposób płynny w powietrzu.
Warto
ść maksymalna odchylenia w płaszczyźnie łopatki, określana jako maksymalny prześwit pod prostą linijką o
d
ługości 150 mm, przyłożoną wzdłuż łopatki równolegle do jego osi nie powinna przekracza ć 0,5 mm; maksymalna
warto
ść błędu nieosiowości określana jako odchylenie penetrującej krawędzi od osi żerdzi, do której ostrze jest
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 8
przymocowane, nie powinno przekracza
ć 1,5 mm.
Przed rozpocz
ęciem badań jednostkę sterującą oraz przewody należy sprawdzić pod względem szczelności przez
zatkanie wyj
ścia połączenia pneumatyczno - elektrycznego i obserwacj ę ewentualnych spadków ciśnienia w systemie.
Spadek ci
śnienia przekraczający 100 kPa/min uważany jest za zbyt duży, a system należy uszczelnić przed
rozpocz
ęciem badań.
Po przygotowaniu dylatometru do bada
ń mechanizm „włączający i wyłączający” powinien być sprawdzony za pomocą
r
ęcznego przyciśnięcia membrany do łopatki i sprawdzenia, czy działa system dźwiękowy lub wizualny układu
sterowania.
9.4.2 Czynno
ści podczas kalibrowania membran
Membrana powinna by
ć kalibrowana w celu określenia wartości DP
A
(ssanie) i DP
B
(ci
śnienie) po przygotowaniu
dylatometru do bada
ń i bezpośrednio przed umieszczeniem łopatki w gruncie i po wyciągnięciu go - zarówno w
przypadku, gdy wykonuje si
ę serię badań w otworze badawczym jak i podczas pojedynczych bada ń.
Je
żeli wartości ciśnień DP
A
i DP
B
otrzymanych przed umieszczeniem
łopatki w gruncie przekroczą granice: dla DP
A
od
5 do 30 kPa; dla DP
B
od 5 do 80 kPa, to nale
ży wymienić membranę.
Po wymianie uszkodzonej membrany na inn
ą, należy ją poddać działaniu ciśnienia do 500 kPa w ciągu kilku sekund.
Nale
ży zachować ostrożność w celu uniknięcia zbytniego wygięcia membrany i jej trwałych deformacji.
Po ka
żdym kalibrowaniu membrany wartości DP
A
i DP
B
powinny by
ć odpowiednio zanotowane.
Podczas kalibrowania sygna
ł dźwiękowy lub wizualny, wywołany przez przełączniki elektryczne powinien być wyraźny i
jednoznaczny podczas wskaza
ń (rozprężenie) 0,05 i 1,10 mm.
W gruntach s
łabych, kalibrowanie membrany powinno by ć wykonane więcej niż jeden raz, aby upewnić się co do
stabilno
ści wartości DP
A
i DP
B
w zalecanym zakresie.
9.4.3 Wykonywanie badania
Po umieszczeniu
łopatki w gruncie na żądanej głębokości, należy odciążyć żerdź i natychmiast włączyć ciśnienie
wyginaj
ące membranę.
Pr
ędkość dopływu gazu do membrany powinna być taka, aby odczyt ciśnienia P
A
mo
żna było uzyskać w ciągu 20 s od
osi
ągnięcia właściwej głębokości, odczyt ciśnienia P
B
w ci
ągu 20 s po odczycie ciśnienia P
A
.
Po okre
śleniu wartości ciśnienia P
B
, membrana powinna by
ć niezwłocznie odciążona by zapobiec dalszemu jej
wyginaniu i trwa
łym deformacjom, natomiast łopatkę należy dalej zagłębić albo wyciągnąć z gruntu.
W zale
żności od systemu zagłębiania łopatki przewód pneumatyczno-elektryczny połączony z końcówką powinien być
umieszczony wewn
ątrz żerdzi lub pozostawiony na zewnątrz i przymocowany taśmą do żerdzi co 1 m.
Je
żeli stosuje się reduktor tarcia, to powinien on być umieszczony przynajmniej 200 mm powyżej środka membrany.
Po wyci
ągnięciu łopatki z gruntu i sprawdzeniu wartości DP
A
i DP
B
, nale
ży wartości te zanotować oraz porównać z
pomiarami poprzednimi. Je
śli wartości DP
A
i DP
B
pomierzone przed umieszczeniem ostrza w gruncie i po wyj
ęciu go z
gruntu ró
żnią się o więcej niż 25 kPa, należy pominąć wyniki badań pomiędzy dwiema ostatnimi kalibracjami membrany.
9.5 Przedstawienie wyników bada
ń
W sprawozdaniu z bada
ń, oprócz danych wymaganych w 2.3 powinny znaleźć się informacje dotyczące:
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 9
–
rodzaju urz
ądzenia wciskającego i żerdzi,
–
charakterystyki systemu u
żytego do zagłębienia łopatki,
–
wiercenia wst
ępnego i ewentualnego zabezpieczenia otworów,
–
średnicy i umiejscowienia ewentualnych urz ądzeń redukujących tarcie,
–
po
łożenia zwierciadła wód gruntowych,
–
procedury obliczania ci
śnienia wody w porach wywieranego na membran ę na każdym z poziomów
pomiarowych,
–
charakterystyki systemu pomiarowego ci
śnienia porowego,
–
rodzaju i rozmiarów membrany oraz
łopatki,
–
odczytu ci
śnienia zerowego mierzonego na przyrządach,
–
warto
ści DP
A
i DP
B
mierzonych przed i po ka
żdej serii badań w otworze lub po pojedynczym badaniu oraz ich
warto
ści średnie,
–
odczytu warto
ści P
A
i P
B
w postaci tabelarycznej,
–
oblicze
ń wartości ciśnień p
0
i p
1
zestawionych w tablicy,
–
wszystkich obserwacji mog
ących wpłynąć na interpretację wyników badań.
10 Próbne obci
ążenie płytą PLT
10.1 Wprowadzenie
Próbne obci
ążenie płytą pozwala na określenie odkształceniowych i wytrzymałościowych parametrów gruntów i skał „in
situ” przez pomiar obci
ążenia i odpowiadającego mu osiadania gruntu obci ążonego sztywną płytą.
Badanie wykonuje si
ę na dokładnie wypoziomowanym podłożu, na dnie wykopu lub na dnie otworu wiertniczego o
du
żej średnicy.
Badanie PLT mo
żna stosować w gruntach, nasypach i skałach, z wyłączeniem słabych gruntów spoistych.
Badanie nale
ży wykonywać zgodnie z metodyką, której wymagania podano poniżej.
Zastosowana metoda badawcza powinna by
ć szczegółowo opisana wraz z wynikami.
Metoda badawcza mo
że być wyszczególniona przez nawiązanie do opublikowanych norm.
Odst
ępstwa od wymagań podanych poniżej powinny być odnotowane, a ich wpływ na wyniki badań skomentowany.
Odst
ępstwa przy wykonywaniu badań mogą dotyczyć:
–
wymiarów p
łyty,
–
procedury bada
ń (wzrastające obciążenie, stały przyrost osiadania).
10.2 Definicje
10.2.1
napr
ężenie kontaktowe
p
napr
ężenie średnie wynikające z przyłożonego obciążenia, ciężaru sprzętu działającego na płytę oraz ciężaru samej
p
łyty
10.2.2
graniczne napr
ężenie kontaktowe
p
u
najwi
ększe możliwe naprężenia kontaktowe lub naprężenie kontaktowe odpowiadające określonemu osiadaniu lub
przyrostowi osiadania
10.3 Oprzyrz
ądowanie
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 10
10.3.1 P
łyta
Zaleca si
ę użycie płyty o dużej sztywności na zginanie o płaskiej powierzchni podstawy. Górną część należy wyposażyć
w prowadnic
ę do naprowadzania kolumny obciążającej, szczególnie, gdy badanie wykonuje si ę w otworze wiertniczym.
Pod
łużna oś kolumny obciążającej i środek płyty powinny się pokrywać, a obciążenia powinny być przekazywane przez
przegub.
Je
żeli próbne obciążenie płytą wykonywane jest w gruntach bardzo niejednorodnych, to p łyta powinna mieć wymiary
eliminuj
ące wpływ tej niejednorodności. Szerokość płyty (b) powinna być co najmniej pięć, a najlepiej dziesięć razy,
wi
ększa niż miąższość niejednorodnej wkładki.
P
łyty o kształcie kołowym zaleca się stosować do wyznaczania osiadania i wytrzymałości. Stosunek boku krótszego do
d
łuższego płyty prostokątnej powinien być większy niż 0,8.
W przypadku p
łyt okrągłych stosuje się zwykle średnice powyżej 0,6 m.
10.3.2 Uk
ład oporowy
Uk
ład oporowy należy tak dobrać, żeby osiągnąć wymagany nacisk pod płytą oraz potrzebne osiadanie.
Uk
ład oporowy może stanowić podnoszony balast, wyciągane pale kotwiące lub kotwy albo elementy oporowe (rysunek
12)
Uk
ład oporowy lub jego podparcia należy zlokalizować w odpowiedniej odległości od płyty, tak żeby jego wpływ na
otrzymywane wyniki zredukowa
ć do możliwego do przyjęcia poziomu.
Jako wystarczaj
ącą przyjmuje się odległość pomiędzy środkiem płyty a układem oporowym równą 3,5 średnicy lub
szeroko
ści płyty.
Kolumna obci
ążająca powinna mieć wystarczającą wytrzymałość, by zapobiec wyboczeniu pod wpływem
maksymalnego obci
ążenia. W przypadku badań w otworze wiertniczym kolumna obciążająca nie powinna dotykać
ścianek otworu.
Kolumna powinna by
ć połączona z płytą w sposób zapewniający osiowe przekazanie siły w celu zapewnienia poziomej
stateczno
ści kolumny obciążającej.
Rysunek 12 - Przyk
łady układów oporowych
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 11
10.3.3 Aparatura pomiarowa
10.3.3.1 System pomiaru obci
ążenia
Urz
ądzenie do pomiaru obciążenia należy umieścić pomiędzy układem obciążającym a płytą i wykalibrować z
uwzgl
ędnieniem maksymalnej wartości obciążenia i wymaganej dokładności badania.
Dok
ładność systemu pomiaru obciążenia powinna zapewnić możliwość pomiaru każdego przykładanego obciążenia z
dok
ładnością 5 %.
System pomiaru obci
ążenia powinien być pozbawiony efektu histerezy.
10.3.3.2 System pomiaru osiadania
Pomiary osiadania p
łyty należy wykonać względem stałych punktów, które nie podlegają wpływowi obciążenia
dzia
łającego na płytę ani na układ oporowy.
B
łąd pomiaru osiadania nie powinien przekracza ć 2 % wartości pomierzonej lub 0,1 mm.
Czujnik zegarowy lub elektryczny przetwornik przemieszczenia do pomiaru osiadania, powinien by
ć przymocowany do
ramy pomiarowej. Du
ża sztywność ramy pomiarowej powinna zabezpieczać przed drganiami.
Ram
ę pomiarową należy chronić przed wiatrem, słońcem i mrozem.
Je
żeli stosuje się duże płyty (o szerokości ponad 1 m), to zaleca się pomiary osiadań za pomocą niwelatora o
dok
ładności 0,1 mm. Dwa stałe punkty odniesienia należy wybierać tak, aby były wystarczająco blisko, ale poza
obszarem b
ędącym pod wpływem obciążenia.
System pomiaru osiadania powinien umo
żliwiać pomiar zarówno średniego osiadania, jak i przechylenia p łyty. Na płycie
powinien by
ć umieszczony co najmniej trzypunktowy system pomiarowy rozmieszczony centrycznie; trzy punkty
pomiarowe powinny by
ć rozmieszczone równomiernie na płycie.
10.4 Procedura badania
10.4.1 Wst
ępne badania warunków gruntowych
W miejscu wykonania badania, wyst
ępujące warstwy gruntu i ich właściwości należy udokumentować odpowiednimi
badaniami polowymi i laboratoryjnymi. Badania powinny si
ęgać głębokości równej co najmniej pięciu (zalecane osiem)
średnicom lub szerokościom płyty, licząc od poziomu wykonania badania.
W przypadku ska
ł badania laboratoryjne próbek można ograniczyć do głębokości równej pięciokrotnej średnicy lub
szeroko
ści płyty.
10.4.2 Cechowanie i kontrola
Manometry, przetworniki si
ły i elektrooporowe czujniki przemieszczeń powinny być cechowane nie rzadziej niż co sześć
miesi
ęcy i sprawdzane przed każdym badaniem polowym.
Przed ka
żdym badaniem należy w terenie sprawdzić swobodę przemieszczenia czujników zegarowych i
elektrooporowych czujników przemieszcze
ń przez wprowadzanie płytki pomiarowej o znanych wymiarach pod
ko
ńcówkę czujnika.
10.4.3 Przygotowanie powierzchni badawczej
Je
żeli badanie przeprowadzane jest w naturalnym gruncie lub skale, materia ł ten powinien być w stanie nienaruszonym.
Materia
ł naruszony powinien zostać usunięty.
Powierzchnia styku gruntu lub ska
ły i płyty powinna być gładka i pozioma.
W razie konieczno
ści można to uzyskać przez zastosowanie materiału wypełniającego o większej wytrzymałości niż
badany grunt. W przypadku bada
ń gruntów spoistych, najszybciej jak to jest mo żliwe po wyrównaniu gruntu należy
nala
ć szybkowiążącą zaprawę i rozprowadzić ją, aby otrzymać wyrównaną warstwę nie grubszą niż 20 mm.
Natychmiast po rozprowadzeniu zaprawy nale
ży ułożyć płytę.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 12
W przypadku bada
ń w gruntach ziarnistych wszystkie zagłębienia należy wypełnić czystym suchym piaskiem, aby
stworzy
ć wyrównaną powierzchnię, na której układa się płytę.
Ostateczne przygotowanie powierzchni bada
ń w wykopach i otworach wiertniczych powinno, o ile to mo żliwe, być
wykonywane r
ęcznie.
Tam, gdzie przeprowadza si
ę kilka prób na danym obszarze, odległość pomiędzy środkami sąsiadujących płyt powinna
wynosi
ć co najmniej sześć średnic lub szerokości płyt.
W przypadku p
łyty betonowej wykonanej na miejscu, nie wymaga si ę specjalnego przygotowania powierzchni styku z
gruntem. W przypadku ska
ły, powierzchnia powinna zostać ręcznie oczyszczona z odłamków.
10.4.4 Przygotowanie obci
ążenia oraz aparatury pomiarowej
Je
żeli w układzie oporowym stosowane są pale kotwiące, to powinny być one gotowe do wykorzystania przed
ods
łonięciem terenu badań. Nie powinny one wpływać na badane podłoże gruntowe.
P
łyty stosowanej w badaniach nie należy wstępnie obciążać podczas montażu układu oporowego i systemu pomiaru
si
ły. Kolumna obciążająca powinna być umiejscowiona pionowo i centrycznie w stosunku do p łyty, tak aby układ
oporowy zapewnia
ł pionowość i osiowość przyłożonego obciążenia, bez mimośrodu.
10.4.5 Próbne obci
ążenie
10.4.5.1 Obci
ążenia przyrostowe
Przyrostowe obci
ążenie próbne należy przeprowadzać, gdy wyprowadza się parametry gruntu odnoszące się do
obci
ążenia w warunkach z odpływem.
Obci
ążenie powinno być wywierane w równych przyrostach (np. 10° obciążenia) i powinno pozostawać stałe przez
pewien czas po ka
żdym przyroście obciążenia.
W gruntach spoistych konsolidacja pierwotna powinna by
ć zakończona po każdym przyroście obciążenia. Należy ją
kontrolowa
ć przez ocenę przebiegu krzywych osiadania w czasie uwzględniających pełzanie na końcu każdego
przyrostu.
W gruntach niespoistych ka
żdy przyrost obciążenia jest często utrzymywany przez 8 min i osiadania mierzone są po 1
min, 2 min, 4 min i 8 min, lub w sposób ci
ągły przez automatyczną aparaturę pomiarową 1 do 2 razy/min. W pewnych
przypadkach ka
żdy przyrost obciążenia jest utrzymywany przez 16 min zamiast 8 min.
W przypadku bada
ń do projektowania przyrost obciążenia do założonego obciążenia roboczego może być
utrzymywany w d
łuższym okresie (od 1 do 2 miesięcy) w celu przewidywania zachowania się fundamentu w długim
czasie.
Badanie powinno by
ć przeprowadzane z zastosowaniem cykli obciążenie - odciążenie, jeżeli zachodzi potrzeba
uzyskania proporcji osiada
ń sprężystych i plastycznych.
Przy odci
ążaniu przyrosty mogą być dwa razy większe niż w przypadku obciążania.
Cykle odci
ążenie - ponowne obciążenie powinny być stosowane przy obciążeniu mniejszym od wartości obciążenia
krytycznego. Nie powinno si
ę dopuścić do całkowitego odciążenia.
10.4.5.2 Badanie ze sta
łą prędkością przemieszczenia
Badanie przy sta
łej prędkości przemieszczania można przeprowadzać w celu określania właściwości gruntów spoistych
w warunkach bez odp
ływu. Prędkość osiadania powinna być dobrana w zależności od przepuszczalności gruntu i
wielko
ści płyty, tak aby zapewnić w gruncie warunki bez odpływu.
10.5 Przedstawienie wyników bada
ń
Oprócz informacji okre
ślonych w 2.3 dokumentacja dotycząca przebiegu badań powinna zawierać następujące
informacje:
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 13
–
numer p
łyty,
–
wymiary p
łyty,
–
po
łożenie PBG,
–
sposób wbudowania p
łyty (na powierzchni, w otwór wiertniczy, w wykopie badawczym itp.),
–
pole powierzchni wykopu badawczego,
średnicę otworu wiertniczego itp.,
–
rz
ędną płyty,
–
czas (pocz
ątek i koniec badania),
–
opis badanego gruntu lub ska
ły,
–
opis przygotowania bada
ń (układu oporowego i układu pomiaru osiadania),
–
dane dotycz
ące cechowania i kontroli przyrządów pomiarowych,
–
osiadania podczas ka
żdego przyrostu obciążenia (plan obciążenia),
–
napr
ężenie kontaktowe na powierzchni styku w funkcji osiadania z uwzgl ędnieniem cyklu obciążenie -
odci
ążenie,
–
wykres osiadania w funkcji czasu (w procentach przyrostów obci
ążenia),
–
wykres temperatury (na p
łycie) w funkcji czasu,
–
wszystkie istotne obserwacje, które mog
ą wpływać na interpretację wyników badań.
11 Wiercenia
11.1 Wprowadzenie
Wiercenia ma
łośrednicowe wykonuje się w celu szczegółowego rozpoznania warunków geotechnicznych w pod łożu
gruntowym.
Wiercenia ma
łośrednicowe są otworami o głębokości do 30 m i średnicy otworów do 200 mm. Zasadą jest, że ich
wykonanie nie powinno narusza
ć naturalnych stosunków wodnych ani uruchamia ć procesów geologicznych w podłożu.
Wiercenia nale
ży wykonywać w celu:
–
ustalenia profilu przewiercanych warstw jako podstawy do rozpoznania przestrzennej budowy (geometrii)
warstw gruntów,
–
ustalenia poziomów wyst
ępowania i stabilizacji wody gruntowej oraz mi ąższości warstw wodonośnych,
–
wykonania bada
ń makroskopowych gruntu,
–
pobrania próbek gruntu i wody do bada
ń laboratoryjnych,
–
wykonania sondowa
ń w dnie otworu,
–
wykonania bada
ń presjometrycznych,
–
u
łatwienia sondowań przez wykonanie podwiertów.
Wiercenia umo
żliwiają również wykonanie badań uzupełniających, takich jak:
–
oznaczenie pr
ędkości przepływu wody za pomocą np. próbnego pompowania,
–
instalacja piezometrów w celu obserwacji dynamiki waha
ń zwierciadła wody, kierunku przepływu i zmian
chemizmu wody,
–
przeprowadzenie bada
ń geofizycznych.
Warunkiem wiarygodno
ści wyników wierceń oraz wyników badań pobranych próbek gruntów jest dobór właściwej
metody wykonywania wiercenia i opróbowania w danych warunkach oraz przestrzeganie zasad ogólnych wykonywania
wierce
ń i zasad ustalonych dla wybranej metody.
11.2 Podzia
ł metod wiercenia
Metody wiercenia dziel
ą się w zależności od następujących czynników:
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 14
–
sposobu zwiercania gruntu na dnie otworu wiertniczego,
–
rodzaju przewodu wiertniczego,
–
wymiaru
średnicy wykonywanego otworu,
–
sposobu usuwania zwiercin z dna otworu wiertniczego,
–
si
ły napędowej używanej do wiercenia i umieszczenie silnika,
–
kierunku wykonywania otworów.
11.3 Wymagania podstawowe
W zale
żności od kategorii geotechnicznej nale ży dobrać metodę wykonywania wierceń, pobierania próbek oraz badań
terenowych i laboratoryjnych zgodnie z tablic
ą 2.
Tablica 2 - Dobór metod wiercenia do kategorii geotechnicznej
Kategoria
geotechniczna
G
łębokość
m
Średnica
mm
Kategorie
próbek
Mo
żliwość
sondowania
Typ wiercenia
I
do 6
do 120
B, C
nie wymagana
obrotowe
II i III
do 12
do 150
A, B, C
tak
obrotowe
III i II
do 30
do 200
A, B, C
tak
obrotowe/
obrotowo-udarowe
UWAGA - W nawodnionych gruntach niespoistych nie u
żywa się łyżki wiertniczej, tzw. szlamówki, która powoduje naruszenie
struktury gruntu na du
żym obszarze wokół otworu wiertniczego. Kategorie próbek zgodne z tablicą 3.
11.4 Wiercenie otworu odcinkami o ograniczonej d
ługości
Wiercenia powinny odbywa
ć się krótkimi „marszami”, to znaczy odcinkami o ma łej długości, zwykle odpowiadającymi
d
ługości narzędzia wiercącego, a w przypadku świdrów spiralnych nie dłuższymi niż 1,0 m do 1,5 m.
Ograniczenie to wynika z obawy pope
łnienia błędu w interpretacji wyników wiercenia wskutek przesuni ęcia próbek
gruntu po
świdrze (a w konsekwencji błędnego określenia układu warstw na danej głębokości) oraz z obawy o
pogorszenie warunków gruntowo-wodnych wskutek po
łączenia wód dwóch różnych poziomów wodonośnych lub
lokalnego pogorszenia mechanicznych w
łaściwości gruntów przez doprowadzenie wody do nienawodnionego gruntu.
11.5 Rurowanie otworów wiertniczych
Rurowanie otworu wiertniczego jest konieczne w nast
ępujących przypadkach:
–
po przewierceniu warstwy gruntów nasypowych i organicznych,
–
przy przewiercaniu warstw wodono
śnych,
–
przy przechodzeniu z warstw gruntów spoistych do warstw gruntów niespoistych i odwrotnie.
Rurowanie otworu rozpoczyna si
ę po odwierceniu od ok. 1,5 m do 2,0 m. Rury zag łębia się systematycznie przy
ka
żdym marszu świdra. Należy przyjąć zasadę, że rury osłonowe nie powinny być zagłębione więcej niż na 0,5 - 0,75
d
ługości świdra. Rury należy opuszczać pionowo. Zaleca się wciskać je hydraulicznie.
Średnica rur osłonowych powinna być ustalona w zależności od spodziewanych gruntów oraz od rodzaju
projektowanych bada
ń i powinna być podana w projekcie badań. Zmiana średnicy rur polega na zatrzymaniu kolumny
rur o wi
ększej średnicy i opuszczeniu w jej wnętrzu kolumny rur o średnicy mniejszej co najmniej o 50 mm. Zmiana
średnicy powinna następować w warstwie gruntu spoistego, w przypadku:
–
potrzeby zamkni
ęcia wód,
–
du
żego oporu uniemożliwiającego zepchnięcie rur,
–
ma
łego postępu wiercenia na większej głębokości.
Przy wierceniu otworów p
łytkich (o głębokości do 10 m) w jednorodnych gruntach spoistych, za zgod ą nadzoru
geologicznego, mo
żna nie stosować rurowania otworu.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 15
11.6 Usuwanie przeszkód z dna otworów
Du
żym utrudnieniem w wierceniu są pojedyncze głazy i kamienie, występujące w gruntach spoistych i niespoistych na
ró
żnych głębokościach. Ustalenie wymiarów i sposobu u łożenia kamienia w dnie otworu jest istotne dla doboru metody
jego wydobycia, rozkruszenia b
ądź zepchnięcia poza obręb otworu.
Kamienie o niewielkiej
średnicy zwykle można wydobywać z dna otworu za pomocą świdra rurowego lub świdra
zwojowego sto
żkowego. W przypadku napotkania kamienia zakrywaj ącego część dna otworu należy dążyć do
zepchni
ęcia go na bok za pomocą świdra zwojowego stożkowego. Zepchnięcie kamienia rzadko się udaje, a nawet gdy
si
ę uda i rury przejdą obok kamienia, to wzrasta tarcie rur o grunt i kamie ń, co na ogół zmusza do wprowadzenia nowej
kolumny rur o mniejszej
średnicy.
W przypadku napotkania du
żego kamienia, zakrywającego całe dno otworu, zwykle używa się świdrów udarowych
(d
łut) w celu rozkruszenia go. Dno otworu podczas d łutowania należy dokładnie oczyścić, a but rury powinien opierać
si
ę na kamieniu. Po kilkakrotnym opuszczeniu d łuta należy rury okładzinowe nieco podciągnąć do góry, a następnie
opu
ścić świder zwojowy stożkowy w celu usunięcia okruchów kamienia.
Mo
że się zdarzyć, że świder normalnie się zagłębia w grunt, natomiast rury opierają się na kamieniu. Wówczas
najlepiej jest zmieni
ć średnicę rur, gdyż próba usunięcia kamienia może doprowadzić do jego opadnięcia na dno
otworu, a w konsekwencji do uniemo
żliwienia dalszego wiercenia.
Je
żeli przeszkoda znajduje się na niewielkiej głębokości (ok. 2 m do 3 m), to zwykle najlepszym rozwi ązaniem jest
wykopanie i usuni
ęcie jej, zwłaszcza gdy na danym terenie kamienie często występują na tej głębokości lub
przestawienie otworu.
11.7 Wiercenia poni
żej zwierciadła wód gruntowych
Prowadzenie wiercenia w gruntach przepuszczalnych: w gruntach niespoistych (piaski, pospó
łki, żwiry), w gruntach
ma
ło spoistych (pyły, piaski gliniaste, pyły piaszczyste) oraz w gruntach organicznych, poniżej zwierciadła wody
gruntowej wymaga przestrzegania nast
ępujących warunków:
–
po nawierceniu warstwy wodono
śnej należy zaczekać do ustabilizowania się zwierciadła wody (dokonując
obserwacji hydrogeologicznych),
–
przy wierceniu w warstwach wodono
śnych rury okładzinowe powinny wyprzedzać świder,
–
w celu zrównowa
żenia ciśnienia piezometrycznego konieczne jest dolewanie do otworu wody,
–
po przewierceniu warstwy wodono
śnej i zagłębieniu się w jednorodną warstwę nieprzepuszczalną należy
bezwzgl
ędnie zamknąć dopływ wody do otworu, po czym należy wybrać wodę z kolumny rur okładzinowych,
aby dalsze wiercenie prowadzi
ć „na sucho”..
Zbli
żanie się do poziomu zwierciadła wody gruntowej można przewidzieć na podstawie obserwacji zmian zachodz ących
w gruntach w czasie wiercenia otworu. S
ą to przede wszystkim zmiany barwy gruntu (np. wskutek orsztynizacji), nacieki
w
ęglanu wapnia oraz zwiększona wilgotność.
11.8 Zamykanie wód
11.8.1 Wprowadzenie
Zamkni
ęcie wody polega na odizolowaniu przewierconej warstwy wodono śnej od warstw gruntu leżących poniżej przez
umieszczenie rur w ni
żej leżącej warstwie nieprzepuszczalnej i uszczelnieniu przestrzeni poza rurami.
Zamkni
ęcie warstwy wodonośnej umożliwia:
–
wiercenie otworu na sucho, bez obecno
ści wody na dnie otworu,
–
pobieranie próbek o naturalnej wilgotno
ści,
–
przeprowadzenie obserwacji hydrogeologicznych.
Najcz
ęściej stosuje się:
–
samoczynne zamkni
ęcie wód,
–
zamkni
ęcie wody przez iłowanie.
11.8.2 Samoczynne zamykanie wód
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 16
Samoczynne zamykanie dop
ływu wód uzyskuje się przez wciśnięcie rur okładzinowych na głębokość od 0,5 m do 1,0 m
w warstw
ę gruntów spoistych (iły, gliny), leżących poniżej warstwy wodonośnej. Ten sposób zamknięcia daje pozytywne
wyniki w nast
ępujących przypadkach:
–
wyst
ępowania sączenia wody w gruntach trudno przepuszczalnych,
–
warstwy wodono
śne mają niewielką miąższość,
–
gdy zwierciad
ło wody gruntowej jest swobodne lub gdy ci śnienie wód napiętych jest małe.
Po wci
śnięciu rur dalsze wiercenie należy wykonywać w nowej kolumnie rur.
11.8.3 Zamykanie wód przez i
łowanie
Zamykanie wody przez i
łowanie wykonuje się w warstwie izolacyjnej o miąższości 2 - 4 m, a jedynie w uzasadnionych
przypadkach w warstwie o mniejszej mi
ąższości. Warstwę izolacyjną stanowią wszystkie grunty spoiste. Ten sposób
zamkni
ęcia daje dobre wyniki w następujących przypadkach:
–
wyst
ępowania gruntów mało spoistych i spoistych z dużą domieszką piasku, w których samoczynne
zamkni
ęcie wody nie daje rezultatów,
–
wyst
ępowania wód pod znacznym ciśnieniem,
–
konieczno
ści przeprowadzenia szczegółowych obserwacji hydrogeologicznych wymagaj ących długotrwałego
zamkni
ęcia warstw wodonośnych.
Uzyskanie pozytywnych wyników zamkni
ęcia wody przez zaiłowanie wymaga odpowiedniego przygotowania i łu oraz
przygotowania dna otworu wiertniczego. Do i
łowania najlepiej nadają się iły „tłuste”, z dużą zawartością montmorylonitu
i bentonitu, bez domieszki humusu.
I
ł przygotowany do iłowania powinien stanowić jednolitą masę plastyczną. Uzyskać ją można przez rozrobienie iłu z
wod
ą. Plastyczność iłu sprawdza się formując dwie kule o średnicy 10 cm, które po uderzeniu o siebie zlepiaj ą się, a
przy rozrywaniu oddzielaj
ą się od siebie wzdłuż powierzchni stanowiącej naturalny przełom. Jeśli złączone kule przy
rozerwaniu oddzielaj
ą się od siebie wzdłuż powierzchni styku, to należy uznać, że ił został niewłaściwie rozdrobniony i
nie ma odpowiedniego stanu plastycznego.
Z i
łu rozdrobnionego do odpowiedniego stanu plastycznego formuje si ę kule o średnicy nie przekraczającej połowy
średnicy rur osłonowych. Przed wrzuceniem kuł iłu do otworu wiertniczego zaleca się je nieco osuszyć w celu
utworzenia si
ę twardej powłoki, zabezpieczającej kule przed rozmazywaniem się na powierzchni rur oraz ich zlepianiem
w czasie spadania.
Przygotowanie otworu wiertniczego do i
łowania polega na przewierceniu gruntów spoistych, w których ma by ć
umieszczona kolumna rur os
łonowych, do głębokości nie mniejszej niż 1 m poniżej ich stropu i równoczesnym
opuszczeniu rur. Nast
ępnie należy pogłębić otwór o 2 m, przy czym pierwszy metr tego odcinka wiercenia nale ży
wierci
ć świdrem rurowym jednonożowym w celu uzyskania otworu o średnicy nieco większej od średnicy rur
ok
ładzinowych, zaś końcowy odcinek świdrem rurowym dwunożowym, umożliwiającym uzyskanie otworu o średnicy
nieco mniejszej od
średnicy rur.
Tak przygotowany otwór wype
łnia się kulami iłowymi. Gdy w otworze woda występuje blisko powierzchni terenu,
zazwyczaj wrzuca si
ę kule w odstępach kilkunastu sekund, natomiast gdy zwierciad ło wody gruntowej utrzymuje się
g
łęboko, kule iłu opuszcza się łyżką wiertniczą.
Po wype
łnieniu otworu kulami iłu na wysokość 2 m należy podciągnąć rury okładzinowe o 1 m, a ił ubić ubijakiem
umocowanym na
żerdziach. W ten sposób postępuje się aż do całkowitego zaiłowania otworu na przestrzeni warstwy
nieprzepuszczalnej (o mi
ąższości 2 m).
W celu uzyskania d
ługotrwałego zamknięcia zaleca się obciążyć na kilka godzin ił wypełniający otwór. Do obciążenia
mo
że być wykorzystana kolumna rur zamknięta od dołu drewnianym korkiem.
Po skonsolidowaniu si
ę iłu można rozpocząć wciskanie rur osłonowych. W przypadku trudności wciśnięcia rur należy
wybra
ć część iłu. Rury osłonowe powinny osiągnąć dno wcześniej wywierconego otworu, a nawet zagłębić się w grunt
jeszcze bardziej. Po wci
śnięciu rur nie należy nimi manipulować.
Po zamkni
ęciu wody należy przeprowadzić kontrolę szczelności. Szczelność otworów geologiczno-inżynierskich
sprawdza si
ę wybierając ił z otworu i podwiercając na głębokość 0,5 m poniżej rur osłonowych. Po całkowitym
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 17
osuszeniu dna otworu wstrzymuje si
ę prace (tzw. stójka) na 6 h w celu sprawdzenia, czy nie nast ąpi dopływ wody.
Gdyby próba szczelno
ści wypadła negatywnie, zabieg należy powtórzyć.
Do zamkni
ęcia wody powinno się stosować specjalnie przygotowane produkty.
11.9 Likwidacja otworów wiertniczych
Wiercenia badawcze wykonywane w celu rozpoznania i ustalenia przydatno
ści podłoża gruntowego niejednokrotnie
wykonywane s
ą w najbliższym sąsiedztwie, a nawet wewnątrz obrysu fundamentów projektowanych obiektów
budowlanych i pozostawione otwory wiertnicze mog
łyby spowodować trwałe pogorszenie warunków geotechnicznych w
pod
łożu i zmiany warunków hydrologicznych w miejscu wiercenia. Z tego powodu ka żdy otwór wiertniczy powinien być
zlikwidowany w taki sposób, aby:
–
przywróci
ć nośność podłoża gruntowego w miejscu wiercenia,
–
nie dopu
ścić do trwałego połączenia wód z różnych poziomów.
Mo
żna zastosować następujące sposoby likwidacji otworów:
–
zasypanie otworu gruntem sypkim lub spoistym, zgodnie z profilem geologicznym i z zachowaniem zbli
żonej
przepuszczalno
ści warstwy,
–
i
łowanie otworu,
–
wype
łnienie otworu np. zaczynem cementowym (cementacja).
W wi
ększości przypadków geologiczno-inżynierskie otwory wiertnicze są likwidowane pierwszym sposobem, przez
zasypanie urobkiem. W celu zapewnienia w
łaściwej nośności przy zasypywaniu otworu gruntem spoistym należy ubijać
grunt warstwami o grubo
ści nie przekraczającej 0,5 m. Warstwy wodonośne zasypuje się w rurach osłonowych
podci
ąganych w miarę zasypywania. Gruntów niespoistych nie należy ubijać.
I
łowanie stosuje się w przypadku nawiercenia kilku warstw wodono śnych o zwierciadle napiętym. W celu uniknięcia
zmian warunków hydrogeologicznych nale
ży dążyć do zamknięcia wody gruntowej w jej warstwie wodonośnej, by nie
dopu
ścić do połączenia wód z różnych poziomów. Kowanie otworu w warstwach spoistych wykonuje si ę podobnie, jak
zamykanie wód, tj. przez ubijanie w otworze wiertniczym warstw i
łu plastycznego, przy równoczesnym podciąganiu rur
w gór
ę. Rury należy podciągać stopniowo, a ubijanie powinno być mocne i dokładne. Do iłowania można używać
gruntów spoistych: glin zwi
ęzłych lub iłu, pochodzących z urobku wiertniczego.
Cementacj
ę stosuje się rzadko, głównie przy wierceniu głębokich otworów w skałach, na terenach występowania
zjawisk krasowych, osuwisk oraz ska
ł silnie spękanych. Cementację otworów wykonuje się także w przypadku potrzeby
wzmocnienia pod
łoża lub w przypadku likwidacji otworów, w których stwierdzono wyst ępowanie wód pod ciśnieniem.
Likwidacj
ę otworu zaprawą cementową wykonuje się podobnie jak likwidację przez iłowanie. Stosunek cementu do
piasku powinien wynosi
ć 1:5.
11.10 Przedstawienie wyników bada
ń
Oprócz wymaga
ń podanych w 2.3 zakres dziennika wiercenia powinien zawiera ć następujące dane podstawowe:
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 18
–
dat
ę,
–
lokalizacj
ę otworu,
–
kierunek odwiertu,
–
g
łębokość swobodnego zwierciadła wody, gdy występuje,
–
metod
ę wiercenia pilotowego (wstępnego), jeśli zastosowano,
–
zastosowane rurowanie,
–
zastosowanie p
łuczki wiertniczej,
–
wype
łnienia w odwiercie,
–
kolor i zmiany koloru p
łuczki wiertniczej,
–
utrat
ę płuczki wiertniczej, jeśli wystąpiła,
–
ci
śnienie płuczki wiertniczej i objętość krążącego płynu,
–
okre
ślenie i rodzaj stosowanego próbnika,
–
średnicę lub wymiar próbki,
–
g
łębokość pobrania i długość próbki, części górnej i podstawy próbki,
–
przelot wiercenia rdzeniowego,
–
nacisk na ostrze tn
ące,
–
nazw
ę skały, nieciągłości i stopień zwietrzenia oparte na badaniu wizualnym próbki przez wiertacza i jego
ocen
ę kategorii próbki (w skałach),
–
jakiekolwiek przeszkody i trudno
ści napotkane podczas operacji pobierania próbek.
12 Pobieranie próbek gruntu
12.1 Wprowadzenie
Celem pobierania próbek gruntu jest okre
ślenie rodzaju gruntu i parametrów geotechnicznych pod łoża gruntowego na
podstawie przeprowadzonych bada
ń laboratoryjnych.
Wa
żnymi właściwościami gruntu, niezbędnymi w projekcie geotechnicznym, są parametry wytrzymałościowe i
charakterystyka odkszta
łceń. W laboratorium właściwości te mogą być uzyskane tylko z badań wysokiej jakości próbek
o nienaruszonej strukturze, reprezentatywne dla poszczególnych warstw gruntu. Uzyskanie nienaruszonych próbek z
gruntów niespoistych jest mo
żliwe tylko przy użyciu specjalnych metod nie ujętych w tej normie. Parametry
wytrzyma
łościowe i odkształceniowe gruntów niespoistych wyznacza się z reguły za pomocą badań „in situ” i
potwierdza badaniami próbek o naruszonej strukturze. Rodzaj gruntu mo
żna określić na podstawie próbek o naruszonej
strukturze.
Badania laboratoryjne do okre
ślenia rodzaju gruntu i jego parametrów geotechnicznych przedstawiono w
PN-88/B-04481.
12.2 Okre
ślenia i zasady pracy
12.2.1 Kategorie pobierania próbek
S
ą trzy kategorie pobierania próbek:
–
kategoria A;
–
kategoria B;
–
kategoria C.
Metody pobierania próbek zaliczone do kategorii A umo
żliwiają otrzymanie próbek, w których nie występują lub
zdarzaj
ą się tylko niewielkie naruszenia struktury gruntu powsta łe podczas pobierania lub transportu. Wilgotno ść i
wska
źnik porowatości próbki gruntu są takie same jak „in situ”. Nie występują żadne zmiany w składzie mineralnym lub
chemicznym gruntu.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 19
Metody pobierania próbek zaliczone do kategorii B umo
żliwiają otrzymanie próbek, które zawierają wszystkie składniki,
w tych samych proporcjach jak grunt „in situ” z zachowaniem naturalnej wilgotno
ści. Można określić ogólne położenie
ró
żnych warstw gruntów lub składników. Struktura gruntu jest naruszona.
Stosuj
ąc metody pobierania próbek gruntu zaliczone do kategorii C otrzymuje si ę próbki gruntu o całkowicie zmienionej
strukturze. Ogólny uk
ład różnych warstw gruntów i ich składników jest tak zmieniony, że nie jest możliwe dokładne
okre
ślenie położenia warstw „in situ”. Wilgotność próbki może być inna niż gruntu, z którego ją pobrano.
12.2.2 Wspó
łczynnik powierzchni i wewnętrzny prześwit próbnika
Wspó
łczynnik powierzchni C
a
[%] próbnika jest okre
ślony jako:
gdzie:
D
1
wewn
ętrzna średnica ostrza tnącego,
D
2
najwi
ększa zewnętrzna średnica ostrza tnącego.
Wspó
łczynnik powierzchni jest jednym z parametrów okre ślających mechaniczne naruszenie struktury gruntu,
odpowiadaj
ący stosunkowi objętości gruntu przemieszczonego przez cylinder do obj ętości próbki.
Minimalna d
ługość cylindra, przy której można stosować współczynnik powierzchni równa się dwukrotnej zewnętrznej
średnicy cylindra lub ostrza tnącego (rysunek 13).
Cienko
ścienne próbniki mają cylindry o współczynniku powierzchni równym lub mniejszym niż 15 %, a grubościenne o
wspó
łczynniku większym niż 15 %.
Wspó
łczynnik wewnętrznego prześwitu C
i
(%) cylindra jest okre
ślony jako:
gdzie:
D
1
wewn
ętrzna średnica ostrza tnącego,
D
3
wewn
ętrzna średnica cylindra lub wkładki.
Wspó
łczynnik wewnętrznego prześwitu jest jednym z parametrów, który określa mechaniczne naruszenie struktury
gruntu spowodowane tarciem o wewn
ętrzną ściankę cylindra lub wykładziny.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 20
Rysunek 13 - Okre
ślenia i wymiary próbników
12.2.3 Techniki pobierania próbek
Techniki otrzymywania próbek gruntu mo
żna podzielić na cztery grupy:
–
pobieranie próbek metod
ą wciskania/wbijania, w której próbnik rurowy lub szczelinowo-rurowy zako ńczony
ostrzem tn
ącym jest wprowadzany w podłoże statycznie (przez wciskanie), dynamicznie (wbijanie) lub
wibracyjnie. Próbnikami wciskanymi s
ą zwykle otwarte próbniki rurowe lub tłokowe. Przy pobieraniu próbek
kategorii A lub B stosowane s
ą przeważnie próbniki wciskane;
–
obrotowo-rdzeniowe pobieranie próbek, w którym próbnik rurowy zako
ńczony ostrzem tnącym, przez obrót
zag
łębia się w grunt i umożliwia pobranie rdzenia. Próbniki obrotowo-rdzeniowe mog ą mieć pojedynczą,
podwójn
ą lub potrójną rdzeniówkę, z wykładziną lub bez. Obrotowo-rdzeniowe pobieranie próbek jest zwykle
stosowane w kategorii B, a w pewnych przypadkach przy pobieraniu próbek kategorii A. Obrotowo-rdzeniowe
pobieranie próbek mo
że być zastąpione przez wibracyjne pobieranie próbek;
–
pobieranie próbek gruntu
świdrem ręcznym lub mechanicznym. Pobieranie próbek za pomoc ą świdra
stosowane jest zwykle w kategorii C, rzadko w kategorii B;
–
pobieranie próbek w postaci bloków wycinanych r
ęcznie z szybika badawczego, szybu lub sztolni albo z
wi
ększych głębokości za pomocą specjalnie wykonanych do tego celu próbników z zastosowaniem metody
wycinania. Pobieranie próbek w postaci bloków jest najcz
ęściej stosowane w kategorii A.
12.2.4 Klasy jako
ści próbek gruntu
Próbki gruntu do bada
ń laboratoryjnych są zaliczane do jednej z pięciu klas jakości w zależności od właściwości gruntu,
co do których zak
łada się, że pozostaną niezmienione podczas pobierania próbek i przygotowania ich do bada ń. Klasy
jako
ści są opisane w tablicy 3.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 21
Tablica 3 - Klasy jako
ści próbek gruntu do badań laboratoryjnych
W
łaściwości gruntu/klasa jakości
1
2
3
4
5
Niezmienione w
łaściwości gruntu
uziarnienie
wilgotno
ść
g
ęstość, stopień zagęszczenia, przepuszczalność
ściśliwość, wytrzymałość na ścinanie
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
W
łaściwości, które można określić
kolejno
ść warstw
granice warstw - ogólnie
granice warstw - dok
ładnie
granice Atterberga, g
ęstość właściwa,
zawarto
ść części organicznych
wilgotno
ść
g
ęstość objętościowa, stopień zagęszczenia, porowatość,
przepuszczalno
ść ściśliwość, wytrzymałość na ścinanie
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Kategoria pobierania próbek do bada
ń
A
B
C
12.3 Oprzyrz
ądowanie
12.3.1 Podstawowe wymagania dotycz
ące próbników
Wyposa
żenie próbnika powinno umożliwiać:
–
pobieranie gruntu do próbnika i utrzymywania go podczas wydobywania próbnika;
–
uzyskanie próbki z minimalnym naruszeniem materia
łu podczas pobierania, a także przed i po tej operacji.
Konstrukcja próbnika powinna zapewnia
ć otrzymanie próbek gruntu o wymaganej jako ści.
12.3.2 Wymagania dotycz
ące próbników wciskanych/wbijanych
12.3.2.1 Wymagania ogólne
W kategorii A stosowane s
ą próbniki, które spełniają ogólne wymagania przedstawione w 12.3.2.2 do 12.3.2.7.
Spe
łnianie tych wymagań nie gwarantuje, że zawsze otrzymamy próbki o nienaruszonej strukturze, ale powinno
przynajmniej minimalizowa
ć naruszenie struktury próbek i nie powinno wp ływać na wyniki badań laboratoryjnych
wykonanych na tych próbkach.
12.3.2.2
Średnica cylindra
Przy pobieraniu próbek kategorii A nie nale
ży stosować cylindra o średnicy wewnętrznej mniejszej niż 80 mm, a w
s
łabych iłach mniejszej niż 50 mm. Przekrój poprzeczny cylindra powinien być kołowy.
Dla próbek kategorii A polecane s
ą cylindry mające średnicę wewnętrzną 100 mm.
12.3.2.3 D
ługość cylindra
Przy pobieraniu próbek kategorii A maksymalna d
ługość cylindra powinna być taka, aby tarcie o wewnętrzną ścianę i
adhezja, podczas pobierania próbek nie mia
ły zbyt dużego wpływu na wyniki badań laboratoryjnych.
Przy pobieraniu próbek kategorii A d
ługość cylindra powinna być od 2,5 do 6 razy większa od jego wewnętrznej
średnicy.
12.3.2.4 Grubo
ść ścianki cylindra
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 22
Grubo
ść ścianki cylindra powinna być wystarczająca, aby nie ulegała odkształceniom podczas wprowadzania w grunt i
jednocze
śnie na tyle mała, aby minimalizować naruszenie próbki podczas wprowadzania cylindra.
W pewnych przypadkach, w zale
żności od rodzaju próbnika i gruntu można stosować wykładziny wewnątrz cylindra.
Przy pobieraniu próbek kategorii A wspó
łczynnik powierzchni cylindra powinien być możliwie mały, zgodnie z
wymagan
ą wytrzymałością cylindra.
Przy pobieraniu próbek kategorii A metod
ą wciskania/wbijania w słabych iłach zalecany jest współczynnik powierzchni
mniejszy ni
ż 15 %.
Przy pobieraniu próbek kategorii A w niewra
żliwych gruntach spoistych współczynnik powierzchni cylindra powinien być
mniejszy ni
ż 30 %.
12.3.2.5 Kszta
łt ostrza tnącego
Kraw
ędź ostrza tnącego powinna być ostra, a zaostrzenie pod kątem tak małym jak to możliwe ze względów
praktycznych.
Zaostrzenie k
ąta powinno być określone zgodnie ze współczynnikiem powierzchni. Dla próbnika ze wspó łczynnikiem
powierzchni powy
żej 15 % zaostrzenie krawędzi powinno być mniejsze niż 10°, z wyjątkiem samej krawędzi, gdzie kąt
mo
żna zwiększyć w celu uniknięcia łatwego zniszczenia krawędzi ostrza.
12.3.2.6 Wspó
łczynnik wewnętrznego prześwitu
Wn
ętrze cylindra lub wykładziny powinno być czyste i gładkie, bez wystających krawędzi czy nieregularności, które
mog
ą naruszać grunt.
Wspó
łczynnik wewnętrznego prześwitu powinien być wystarczająco duży, aby umożliwić pewne poprzeczne
rozszerzanie próbki, ale niezbyt du
ży, aby nie dopuścić do nadmiernych deformacji i nie powodowa ć niepotrzebnych
narusze
ń próbki, a także nie powinien całkowicie eliminować tarcia na wewnętrznej ścianie cylindra, co spowodowałoby
utrat
ę próbki podczas wyciągania próbnika.
Przy pobieraniu próbek kategorii A zalecany wspó
łczynnik prześwitu wewnętrznego zawiera się w przedziale od 0,5 %
do 1,0 % dla gruntów spoistych i powy
żej 3 % dla pozostałych rodzajów gruntu.
12.3.2.7 Zamykacz cylindra
Zamykacz pomi
ędzy ostrzem tnącym a cylindrem stosuje się w gruntach, z których trudno pobierać próbki, ale raczej
nie w gruntach spoistych. Zastosowanie urz
ądzenia zamykającego powoduje naruszenie struktury próbki.
12.4 Procedura pobierania próbek
12.4.1 Wybór metody pobierania próbek
Kategori
ę oraz metodę pobierania próbek należy wybrać w zależności od wymaganej jakości próbki do określenia
rodzaju gruntu i bada
ń laboratoryjnych.
Średnica próbki gruntów zawierających duże ziarna powinna być dobierana z uwzględnieniem wymiaru największych
ziaren badanego materia
łu.
Metody pobierania próbek powoduj
ą różne naruszenia struktury próbki. Jakość próbki pobranej z tego samego próbnika
mo
że się zmieniać w zależności od rodzaju badanego gruntu, obecno ści wody gruntowej i metody pobierania.
Przy wyborze próbek do bada
ń laboratoryjnych i interpretacji wyników tych bada ń należy brać pod uwagę procedurę
pobierania próbek, ich transport i przechowywanie.
12.4.2 Pobieranie próbek metod
ą wciskania/wbijania
W celu uzyskania dobrej jako
ści próbek w gruncie twardoplastycznym lub stosuj ąc próbniki rurowe należy wykonać
wiercenie wst
ępne. Technika wiercenia powinna być taka, aby minimalizować naruszenie struktury gruntu. Odwierty w
gruncie niestatecznym powinny by
ć rurowane lub stabilizowane płuczką wiertniczą.
Przy pobieraniu próbek kategorii A za pomoc
ą próbników rurowych otwory nierurowane w słabym gruncie spoistym
nale
ży wypełnić wodą lub płuczką wiertniczą. Poziom płuczki powinien być utrzymany na poziomie zwierciadła wody
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 23
gruntowej lub nieznacznie powy
żej.
Przy pobieraniu próbek kategorii A powy
żej poziomu wody gruntowej otwór wiertniczy powinien by ć suchy. Może on być
wype
łniony płuczką wiertniczą lub wodą tylko w przypadku występowania wody artezyjskiej.
Przy pobieraniu próbek kategorii A otwór powinien by
ć oczyszczony z gruntu o naruszonej strukturze. Przed pobraniem
próbki gruntu próbnikiem rurowym otwór rurowany powinien by
ć oczyszczony do krawędzi rury osłonowej.
Oczyszczanie nie jest wymagane, gdy otwór jest nierurowany, a zamkni
ęty próbnik tłokowy jest wciskany w grunt o
nienaruszonej strukturze.
Próbnik t
łokowy powinien być zamknięty podczas przeciskania przez warstwę gruntu naruszonego tj. zanim nastąpi
rzeczywiste pobranie próbki.
Przy pobieraniu próbek kategorii A w gruntach mi
ękkoplastycznych i plastycznych próbnik powinien by ć wprowadzany
w grunt do ustalonej wcze
śniej głębokości przez ciągłe wciskanie. Próbnik nie powinien si ę obracać podczas ruchu w
dó
ł.
W twardoplastycznych gruntach spoistych próbnik mo
że być wbijany, co jednak może spowodować dodatkowe
naruszenie struktury próbki.
Próbnik powinien by
ć wyciągany powoli i równomiernie bez obracania.
Wskazane jest wyci
ąganie próbnika po odczekaniu kilku minut, tak aby mog ła powstać dostateczna przyczepność
pomi
ędzy próbką a ścianą próbnika.
Przy pobieraniu próbek kategorii A po od
łączeniu próbnika od głowicy, naruszony grunt z górnej części próbki powinien
zosta
ć usunięty. Górna część próbki powinna być zabezpieczona np. przy pomocy gumowego uszczelnienia, a pusta
przestrze
ń wypełniona np. urobkiem z wiercenia, oddzielonym od próbki foli ą.
Próbki kategorii A i B powinny by
ć uszczelnione natychmiast po pobraniu, aby zapobiec zmianom wilgotno ści.
12.4.3 Transport i magazynowanie próbek
Przy pobieraniu próbek kategorii A nale
ży postępować w taki sposób, aby nie wystąpiły naruszenia struktury próbki po
wyj
ęciu próbnika, podczas transportu i magazynowania próbek.
Próbki kategorii A nale
ży chronić przed wysoką temperaturą, mrozem, wibracjami i wstrząsami podczas załadunku,
transportu i magazynowania.
Próbki kategorii A nale
ży przechowywać podczas transportu w kontenerze, a w laboratorium w sta łej temperaturze i
wilgotno
ści, jak najbardziej zbliżonych do warunków „in situ”.
12.5 Przedstawienie wyników badania
12.5.1 Sprawozdanie z wierce
ń
Oprócz wymaga
ń ustalonych w 2.3 sprawozdanie z wierceń powinno zawierać następujące informacje:
–
dat
ę wiercenia,
–
wspó
łrzędne i numer wiercenia,
–
rz
ędną powierzchni terenu przy każdym otworze lub inny poziom odniesienia np. kryza rury,
–
profil litologiczny,
–
wyniki obserwacji hydrogeologicznych w otworze,
–
metod
ę wiercenia wstępnego, jeśli została zastosowana,
–
g
łębokość zarurowania przy każdym pobraniu próbki,
–
zastosowan
ą płuczkę wiertniczą i jej poziom w otworze,
–
typ zastosowanego próbnika np. odniesienie do standardu, je
śli istnieje,
–
rz
ędną lub głębokość górnej części i podstawy próbki,
–
wszystkie przeszkody i trudno
ści, które wystąpiły podczas pobierania próbek.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 24
12.5.2 Oznakowanie próbek
Wszystkie próbki nale
ży numerować, rejestrować i oznaczać etykietą natychmiast po pobraniu z otworu wiertniczego
lub wykopu.
Etykietka próbki powinna zawiera
ć następujące dane:
–
numer identyfikacyjny;
–
dat
ę pobrania próbek;
–
numer otworu wiertniczego;
–
metod
ę pobrania próbek i typ zastosowanego próbnika;
–
rz
ędną lub głębokość górnej części i podstawy próbki.
Próbki nale
ży oznakować, tak aby nie było wątpliwości co do położenia górnej części i podstawy próbki.
Na etykiecie powinien by
ć podany rodzaj gruntu na podstawie badania makroskopowego.
12.5.3 Sprawozdanie z pobierania próbek
Sprawozdanie z pobierania próbek powinno by
ć przejrzyste i dokładne oraz powinno zawierać nie tylko dane konieczne
do okre
ślenia profilu gruntu i głębokości pobrania próbek, ale również inne obserwacje, które przyczynią się do oceny
stanu próbek i ich fizycznych w
łaściwości „in situ”.
Nale
ży także zarejestrować nieudane operacje pobierania próbek gruntu.
13 Pobieranie próbek ska
ł
13.1 Wprowadzenie
Celem pobierania próbek ska
ł jest uzyskanie odpowiednich próbek do okre ślenia rodzaju skały i do badań
laboratoryjnych w celu otrzymania wiarygodnych informacji o danej warstwie.
Wa
żnymi właściwościami skał niezbędnymi w projektowaniu geotechnicznym s ą struktura oraz parametry
wytrzyma
łościowe i odkształceniowe. Właściwości te można określić przy pomocy badań laboratoryjnych na próbkach
wysokiej jako
ści, reprezentatywnych dla danej warstwy.
13.2 Opróbowanie
13.2.1 Kategorie pobierania próbek
Pobrane próbki powinny zawiera
ć wszystkie składniki mineralne warstwy, z której są pobierane. Próbki nie powinny być
zanieczyszczone materia
łem z innej warstwy ani dodatkami używanymi podczas pobierania próbek, jeżeli niemożliwe
by
łoby ich odróżnienie.
Istniej
ą trzy kategorie pobierania próbek do opisu i bada ń laboratoryjnych:
–
kategoria A;
–
kategoria B;
–
kategoria C.
W próbkach kategorii A nie wyst
ąpiło lub wystąpiło jedynie nieznaczne naruszenie struktury ska ły. Właściwości
wytrzyma
łościowe i odkształceniowe, wilgotność, gęstość, porowatość i przepuszczalność próbek skały odpowiadają
warto
ściom „in situ”. Nie wystąpiły zmiany w składzie mineralnym i chemicznym skały.
W kategorii B otrzymuje si
ę próbki zawierające wszystkie składniki masywu skalnego in situ, w ich oryginalnych
proporcjach, a kawa
łki skały zachowały swoje właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe, wilgotność, gęstość i
porowato
ść.
W kategorii B otrzymuje si
ę próbki umożliwiające rozpoznanie układu warstw i nieciągłości w masywie skalnym.
Struktura ska
ły jest naruszona, a zatem także zmienione są jej właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe,
wilgotno
ść, gęstość, porowatość i przepuszczalność.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 25
W kategorii C struktura masy skalnej i jej nieci
ągłości zostały całkowicie zmienione. Materiał skalny może być
pokruszony. Mog
ą wystąpić niektóre zmiany w składnikach lub składzie chemicznym materiału skalnego. Rodzaj skały i
jej pochodzenie, tekstura i struktura mog
ą jednak zostać zidentyfikowane.
13.2.2 Rozpoznawanie rodzaju ska
ły w terenie
Wizualne okre
ślenie rodzaju skały powinno być oparte na badaniu masywu skalnego i próbek obejmuj ąc także
wszystkie szczeliny i nieci
ągłości.
Przekrój ska
ły z uwzględnieniem klasyfikacji zwietrzenia powinien nawi ązywać do procesów geologicznych i powinien
obejmowa
ć strefy od skały macierzystej do skały zwietrzałej.
Uproszczona klasyfikacja zwietrzenia ska
ły, obejmująca sześć stopni, jest podana w załączniku 1.
Nieci
ągłościami są: płaszczyzna uwarstwienia (spąg i strop), ciosy, szczeliny, spękania i uskoki. Należy je klasyfikować
u
żywając jednoznacznych terminów.
13.2.3 Uzysk rdzenia
Wska
źnik nieciągłości ośrodka, RQD jest to suma długości wszystkich odcinków rdzenia, których d ługość wynosi 10 cm
lub wi
ęcej, mierzona wzdłuż osi rdzenia, wyrażona jako procent długości przelotu rdzenia.
Uzysk litego rdzenia SCR jest to d
ługość odcinków rdzenia w kształcie cylindrów, wyrażona jako procent długości
przelotu rdzenia.
Ca
łkowity uzysk rdzenia, TGR jest to całkowita długość uzyskanej próbki rdzenia, wyrażona jako procent długości
przelotu rdzenia.
13.2.4 Wspó
łczynnik powierzchni i wewnętrzny prześwit próbnika
Wspó
łczynnik powierzchni i wewnętrzny prześwit próbnika zdefiniowany w 12.2.2, określa mechaniczne naruszenia
struktury podczas pobierania próbek ska
ły, której dostrzegalna część jest zwietrzała (naruszona).
13.3 Oprzyrz
ądowanie
13.3.1 Podstawowe wymagania dotycz
ące próbników
Próbnik powinien mie
ć odpowiednie elementy aby:
–
pobra
ć masę skalną do próbnika i utrzymać ją tam podczas odrywania próbki i wyciągania próbnika;
–
pobra
ć próbki o akceptowanym stopniu naruszenia w stosunku do macierzystej ska ły.
13.3.2 Metody pobierania próbek
Metody pobierania próbek ska
ł związane są ze strukturą i stopniem zwietrzenia skały i wymaganą klasą jakości do
bada
ń laboratoryjnych:
–
kategoria A lub B: wiercenie obrotowo-rdzeniowe, w którym cylinder z ostrzem tn
ącym na jego dolnym końcu
jest wprowadzany przez obrót w skale i w ten sposób uzyskuje si
ę rdzeń próbki;
–
kategoria A lub B: pobieranie próbek metod
ą wciskania/wbijania, w którym cylinder lub cylinder szczelinowy
maj
ący ostrze tnące przy jego niższym końcu jest wprowadzany w bardzo, lub całkowicie, zwietrzałą skałę
statycznie albo dynamicznie. Próbniki wciskane/wbijane to próbniki t
łokowe lub otwarte próbniki rurowe;
–
kategoria C: pobieranie próbek
łyżką wiertniczą lub świdrem, próbka jest pobierana bezpo średnio z narzędzia
wiertniczego;
–
kategoria C: pobieranie próbek przez urabianie, w którym ska
ła, przerobiona i pokruszona przez liny i żerdzie
narz
ędzi udarowych lub tnących, jest przenoszona na powierzchnię za pomocą czerpaka lub za pomocą
obiegu p
łuczki wiertniczej;
–
kategoria A: blokowe pobieranie próbek wykonywane przez r
ęczne wycinanie z próbnej odkrywki sztolni lub
tuneli albo u
żywając specjalnych próbników.
Wybór metody powinien by
ć dokonany w zależności od jakości próbki wymaganej do określenia rodzaju skały i do
bada
ń laboratoryjnych.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 26
Do ska
ły całkowicie zwietrzałej można stosować wszystkie techniki pobierania próbek opisane w 13.3.2.
Wymagania i procedura pobierania próbek metod
ą wciskania/wbijania w skałach wysoce lub całkowicie zwietrzałych są
podobne do wymaga
ń i procedur pobierania próbek gruntu opisanych w 12.3.2 i 12.4.
Do ska
ł niezwietrzałych oraz słabo do zwietrzałych można stosować następujące techniki;
–
wiercenie obrotowe;
–
wycinanie;
–
pobieranie próbek w postaci bloków.
13.3.3 Wymagania dotycz
ące próbników obrotowych
Próbniki obrotowe w kategorii A pobierania próbek ska
ł powinny spełniać ogólne wymagania w zależności od
nieci
ągłości masywu skalnego i stopnia zwietrzenia ska ły, które przedstawiono poniżej.
Spe
łnianie tych wymagań nie zawsze może gwarantować uzyskanie próbek o nienaruszonej strukturze. Zazwyczaj
niemo
żliwe jest uzyskanie próbek nienaruszonych z bardziej roz łożonych skał, zwłaszcza gdy w strukturze skały
dominuj
ą nieciągłości. Jednakże spełnianie tych wymagań powinno co najmniej minimalizowa ć naruszenie struktury
próbek.
Pojedyncza rdzeniówka obraca si
ę bezpośrednio na rdzeniu i próbki otrzymane tą metodą można zaliczyć do kategorii
A tylko ze ska
ły niezwietrzałej i bez nieciągłości.
Podwójna rdzeniówka z
łożyskiem kulkowym pomiędzy cylindrami zewnętrznym i wewnętrznym, który nie obraca się
wzgl
ędem rdzenia, umożliwia pobranie próbki, którą można zaliczyć do kategorii A, a co najmniej B, je śli próbki są
pobrane ze ska
ł niezwietrzałych lub słabo zwietrzałych.
Potrójna rdzeniówka z wyk
ładziną wewnątrz nieruchomego wewnętrznego cylindra może umożliwiać pobieranie próbek
kategorii B w
średnio i silnie zwietrzałych skałach z nieciągłościami. Gdy skała jest niezwietrzała, słabo zwietrzała lub
zmieniona w zwarty grunt spoisty, metoda ta mo
że odpowiadać kategorii A.
Minimalna wewn
ętrzna średnica cylindra z ostrzem tnącym (równa średnicy rdzenia próbki) powinna być dostosowana
do podstawy struktury ska
ły.
Ze ska
ł z nieciągłościami oraz co najmniej słabo zwietrzałych nie należy pobierać rdzeni cylindrami o średnicy mniejszej
ni
ż 76 mm.
Minimalna d
ługość wewnętrznego cylindra lub wykładziny (jeśli została użyta) powinna być taka, aby jeden przelot
rdzenia zawiera
ł ilość skały wystarczającą do identyfikacji i przeprowadzenia wymaganych bada ń laboratoryjnych.
Maksymalna d
ługość wewnętrznego cylindra lub długość faktycznego przelotu rdzenia powinna być taka, aby tarcie na
wewn
ętrznej ścianie cylindra nie miało zbyt dużego wpływu na wyniki badań laboratoryjnych.
Stosowane d
ługości wewnętrznych cylindrów to: 1 m; 1,5 m; 3 m i 6 m.
Wspó
łczynnik wewnętrznego prześwitu powinien być wystarczająco duży, aby umożliwił poprzeczne ruchy próbki
podczas przelotu rdzenia, ale powinien nie by
ć za duży, aby nie powodować dodatkowych deformacji i naruszenia
struktury próbki.
Ściany wewnętrzne cylindra lub wykładziny powinny być czyste i gładkie, bez żadnych wystających krawędzi lub
nieregularno
ści, które mogą naruszyć próbkę.
Tarcie na wewn
ętrznej ścianie wewnętrznego cylindra lub wykładziny można ograniczyć, stosując ostrze tnące z
wewn
ętrzną średnicą nieznacznie mniejszą od średnicy cylindra lub wykładziny.
Przy pobieraniu próbek silnie zwietrza
łej skały lub skały z przewagą nieciągłości można stosować wewnętrzne cylindry
lub wyk
ładziny z podłużnymi szczelinami, aby zminimalizować ryzyko zablokowania rdzenia.
Chwytak rdzenia, umieszczony tu
ż za ostrzem tnącym, powinien utrzymać wewnątrz cylindra rdzeń niezwietrzałej do
średnio zwietrzałej skały i umożliwić oderwanie rdzenia od warstwy skalnej.
W przypadku rdzeniowego pobierania próbek z silnie lub ca
łkowicie zwietrzałej skały należy stosować kosz sprężynowy
jako zamykacz cylindra.
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 27
13.4 Obrotowe pobieranie próbek
13.4.1 Czynno
ści przy pobieraniu próbek
Przed rozpocz
ęciem obrotowego pobierania próbek w kategorii A lub B we wst ępnym otworze wiertniczym mającym
odpowiedni
ą średnicę, należy go odpowiednio oczyścić przed rozpoczęciem pobierania próbek.
Przed opuszczeniem cylindra rdzeniowego do otworu nale
ży sprawdzić czy:
–
nie wyst
ępuje tarcie pomiędzy cylindrem wewnętrznym a cylindrem zewnętrznym;
–
odleg
łość pomiędzy zakończeniem wewnętrznego cylindra a rdzeniem jest zgodna z wymaganiami;
–
p
łuczka wiertnicza opływała próbkę z prawej strony - w przypadku wypływu z czoła tylko kanałami ścieżek
wody u czo
ła noża skrawającego;
–
pompa podawa
ła płuczkę wiertniczą pod ciśnieniem zgodnym z wymaganiami.
Dla danego rodzaju rdzeniówki przy pobieraniu rdzenia nale
ży dostosować wszystkie parametry wiercenia, między
innymi ilo
ść płuczki wiertniczej, kolejne zmiany prędkości obrotów.
Pr
ędkość penetracji pownna być rejestrowana na podstawie czasu i post ępu przelotu rdzenia.
Ca
łkowita penetracja podczas jednego przelotu rdzenia nie powinna przekracza ć wewnętrznej długości netto cylindra
lub wyk
ładziny.
Rdze
ń próbki powinien być odcięty od warstwy, a próbnik wyciągany bez obracania cylindra rdzeniowego.
Próbnik powinien by
ć wyciągany z równomierną prędkością.
Przy stosowaniu
żerdzi należy unikać przenoszenia wstrząsów od rozłączania żerdzi na przyrządy do pobierania próbek.
Podczas wyci
ągania rdzenia z cylindra należy stosować odpowiednią technikę, aby nie uszkodzić lub naruszyć rdzeni.
Po pobraniu próbki cylinder jest od
łączany od rdzeniówki; długość rdzenia i ubytki rdzenia (jeśli wystąpiły) powinny być
zmierzone.
13.4.2 Ochrona, przenoszenie i magazynowanie rdzeni
W kategorii A i B, po pobraniu rdzeni i ich wizualnej kontroli powinny one by
ć natychmiast zabezpieczone w celu
zachowania ich naturalnej wilgotno
ści.
Przy stosowaniu wyk
ładziny powinna ona być docięta do położenia odpowiadającego górnej części i podstawie próbki.
Przy stosowaniu os
łon rdzenia lub rur do transportu i magazynowania próbki, powinny by ć one zawinięte w
wodoszczelne opakowanie.
Próbki powinny by
ć prawidłowo oznaczone nie zostawiając wątpliwości, gdzie znajduje się część górna a gdzie
podstawa próbki.
W kategorii A i B rdzenie powinny by
ć przenoszone w taki sposób, aby nie wydarzyły się dodatkowe naruszenia po
wyj
ęciu próbki lub podczas transportu i magazynowania.
W kategorii A i B rdzenie powinny by
ć odpowiednio chronione przed nadmiernym upa łem, mrozem, wibracją i
wstrz
ąsami podczas transportu i magazynowania. Szczególn ą uwagę należy poświęcić uszczelnieniom i
zabezpieczeniom próbek, aby nie dopu
ścić do ich uszkodzenia lub deformacji opakowania.
W kategorii A i B rdzenie powinny by
ć magazynowane podczas załadunku w kontenerach, a w laboratorium w
pomieszczeniu o sta
łej temperaturze i wilgotności.
13.5 Znakowanie, zabezpieczanie i przenoszenie rdzeni
Wszystkie próbki powinny by
ć numerowane, rejestrowane i oznakowane natychmiast po oparafinowaniu.
Etykieta próbki powinna zawiera
ć:
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 28
–
numer identyfikacyjny projektu,
–
dat
ę pobrania próbki,
–
numer otworu
–
kategori
ę pobranej próbki i typ użytego próbnika,
–
rz
ędną lub głębokość do górnej części i podstawy próbki,
–
d
ługość przelotu rdzenia.
Je
żeli jest to możliwe, na etykiecie powinien być podany, na podstawie klasyfikacji wizualnej, rodzaj ska ły, nieciągłości.
14 Pomiary wody gruntowej w piezometrach
14.1 Wprowadzenie
Pomiar polega na okre
śleniu poziomu zwierciadła wody gruntowej lub ciśnienia wody w porach w gruntach i ska łach, za
pomoc
ą różnych urządzeń. Pomiary są wykonywane w piezometrach i za pomocą rejestratorów ciśnienia porowego na
poziomie g
łębokości zainstalowania czujnika.
Pomiary wody gruntowej s
łużą do wyznaczania ciśnienia wody lub ciśnienia wody w porach i ich wahań na
odpowiednich poziomach do celów projektowych.
Pomiary wody gruntowej prowadzone s
ą także w celu oceny ryzyka, w ramach monitorowania obiektów podczas
budowy i eksploatacji.
Pomiar ci
śnienia wody w porach, w nawiązaniu do ciśnienia atmosferycznego, prowadzi się do celów budownictwa,
in
żynierii lądowej i wodnej. Pomiary ujemnego ci śnienia wody w porach nie są uwzględnione. Niniejszy rozdział nie
dotyczy pobierania próbek wody gruntowej i ustalenia jej w
łaściwości.
Pomiar wody gruntowej dla celów geotechnicznych nale
ży wykonywać zgodnie z zasadniczymi wymaganiami podanymi
w tym rozdziale.
Wszelkie odst
ępstwa od podanych poniżej wymagań należy opisać.
14.2 Definicje
14.2.1
system zamkni
ęty
system, w którym woda gruntowa w urz
ądzeniu (piezometrze) jest chroniona przed kontaktem z atmosfer ą, a jej
ci
śnienie jest zapisywane przez rejestrator
UWAGA 1 - Zalet
ą systemu zamkniętego jest to, że dopływ małej ilości wody wystarczy do rejestracji wahań ciśnienia; w systemach
piezometrycznych zamkni
ętych wyróżnia się piezometry hydrauliczne, mechaniczne i elektryczne.
UWAGA 2 - Piezometry zako
ńczone są różnymi rodzajami filtrów.
14.2.2
wahania wody gruntowej
zmiany w po
łożeniu zwierciadła wody gruntowej (14.2.3) lub ciśnienia wody w porach rozłożone w czasie
14.2.3
zwierciad
ło wody gruntowej
poziom wody, przy którym ci
śnienie wody w porach jest równe ciśnieniu atmosferycznemu w danym miejscu i czasie
14.2.4
wysokowarto
ściowy filtr powietrzny
filtr z ma
łymi porami, który po nasyceniu stawia powietrzu wysoki opór
14.2.5
stanowisko pomiaru wody gruntowej
miejsce, gdzie zlokalizowano jedno lub kilka urz
ądzeń do pomiaru wody gruntowej
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 29
14.2.6
systemy otwarte
systemy, w których woda gruntowa w urz
ądzeniu ma bezpośredni kontakt z atmosferą i mierzy się zwierciadło wody w
odwiercie, rurze lub plastykowym w
ężu
UWAGA - Systemy otwarte w praktyce sk
ładają się z trzech rodzajów: odwiert obserwacyjny rurowany lub nierurowany, otwarta rura
perforowana z mo
żliwością zastosowania filtra piaskowego (gruboziarnistego) lub z geowłókniny oraz rura eksploatacyjna z
ko
ńcówką filtrującą i możliwością zastosowania wewnętrznego węża plastykowego.
14.2.7
piezometry
urz
ądzenia do pomiaru wody gruntowej zarówno w systemie zamkniętym (14.2,1) jak i otwartym (14.2.6)
14.2.8
ci
śnienie porowe
ci
śnienie wody (lub gazu) w pustkach i szczelinach gruntu w okre ślonym miejscu i czasie
14.2.9
opó
źnienie czasowe
czas up
ływający pomiędzy zmianą ciśnienia atmosferycznego a odpowiadaj ącą mu zmianą ciśnienia wody w porach
14.3 Oprzyrz
ądowanie
14.3.1 Zasady ogólne
Przed podj
ęciem decyzji o rodzaju stosowanego sprzętu do pomiaru wody gruntowej należy określić warunki gruntowe i
cel pomiarów oraz czas reakcji sprz
ętu i podłoża.
Planuj
ąc pomiar wody gruntowej w celu ustalenia poziomu zwierciad ła wody gruntowej lub ciśnienia wody w porach
nale
ży uwzględnić warunki gruntowe lub skalne, zwłaszcza gdy występują duże różnice w przepuszczalności. Przy
wyborze systemu pomiarowego wa
żne jest określenie celu pomiarów:
–
pojedyncze obserwacje zwierciad
ła wody gruntowej lub ciśnienia wody w porach;
–
wahania poziomu wody gruntowej lub ci
śnienia wody w porach w pewnym przedziale czasu;
–
pomiary kontrolne.
Istniej
ą dwie zasadnicze metody pomiaru ciśnienia wody gruntowej: systemy otwarte i systemy zamkni ęte:
–
systemy otwarte, w których obserwacje wykonuje si
ę w odwiertach i otwartych rurach perforowanych, mog ą
by
ć użyte tylko w gruntach jednorodnych i skale o wysokiej przepuszczalno ści (np. piasek, żwir lub bardzo
sp
ękane skały), w których nie ma ryzyka, że cząstki gruntu będą wchodziły do odwiertu lub rury;
–
systemy otwarte, jako otwarte rury z ko
ńcówką zakończoną filtrem i wewnętrznym plastykowym wężem mogą
by
ć użyte także w gruntach o małej przepuszczalności (np. osady lodowcowe, pyły i gliny), jeśli czas reakcji
jest wystarczaj
ąco krótki do celów pomiaru;
–
systemy zamkni
ęte powinny być użyte w gruntach mało przepuszczalnych i wtedy, gdy wymagana jest ciągła
rejestracja lub gdy nale
ży rejestrować krótkotrwałe zmiany np. do siatki przepływów. Systemy zamknięte są
polecane równie
ż w przypadku wysokiego ciśnienia artezyjskiego.
Zalecenia dotycz
ące wyboru metody pomiarów w zależności od celu pomiarów i rodzaju podłoża podano w tablicy 4.
Tablica 4 - Przydatno
ść różnych metod pomiaru wody gruntowej w zależności od czasu ich reakcji i celu
pomiarów
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 30
Cel pomiarów
Grunty
Żwir,
piasek gruby
Piasek drobny,
py
ł piaszczysty
Py
ł,
glina piaszczysta, i
ł
Pomiary zwierciad
ła wody
gruntowej lub ci
śnienia
wody w porach w profilach i
ich wahania
obserwacja w odwiercie
rurowanym zako
ńczonym
filtrem
odwiert rurowy zako
ńczony
filtrem, piezometr
(hydrauliczny,
pneumatyczny, elektryczny)
ko
ńcówka filtrowa,
piezometr (hydrauliczny,
pneumatyczny, elektryczny)
Pomiary waha
ń ciśnienia
porowego z powodu
fluktuacji, pompowania,
wykopów, obci
ążania lub
odci
ążania, efektów
wbijania pali lub
monitorowanie, np. zboczy
itp.
ko
ńcówka filtrowa,
piezometr (hydrauliczny,
pneumatyczny, elektryczny)
ko
ńcówka filtrowa,
piezometr (hydrauliczny,
pneumatyczny, elektryczny)
piezometr (hydrauliczny,
pneumatyczny, elektryczny)
Je
żeli w pobliżu badanego terenu są jeziora rzeki lub potoki należy prowadzić pomiary ich zwierciadła wody. Należy
zanotowa
ć również zwierciadła wody w studniach, źródłach i wody artezyjskie.
14.3.2 Podstawowe wymagania
Sprz
ęt powinien umożliwić mierzenie ciśnienia wody w porach względem ciśnienia atmosferycznego lub obydwa -
ci
śnienie całkowite jak i ciśnienie atmosferyczne.
Metalowe cz
ęści wyposażenia w połączeniu elektrycznym powinny być wytwarzane z tego samego stopu w celu
unikni
ęcia powstania ogniwa galwanicznego w gruncie.
W przypadku ryzyka zamarzni
ęcia, system pomiarowy powinien być wypełniony niezamarzającym środkiem o gęstości
zbli
żonej do gęstości wody lub zastąpiony przez system zamknięty.
W przypadku, gdy ci
śnienie wody w porach mierzone jest na wymaganym poziomie lub w wymaganej warstwie, nale ży
stosowa
ć specjalny sprzęt z uszczelnieniami lub instalację uniemożliwiającą przebicie do innych warstw.
Wybrany sprz
ęt powinien dostarczyć rzeczywistych danych w całym okresie obserwacji.
W zamkni
ętych piezometrach hydraulicznych należy w całym układzie stosować wodę odpowietrzoną.
Piezometry zamkni
ęte należy cechować przed każdym instalowaniem lub odłączeniem.
Zalet
ą systemu zamkniętego jest również to, że nie trzeba go kontrolować podczas okresu mierzenia; jest to
szczególnie istotne przy pomiarach d
ługoterminowych.
Piezometry pneumatyczne powinny by
ć cechowane przy rzeczywistej długości obwodu i poziomu ciśnienia.
Dok
ładność pomiaru i dobór sprzętu należy dostosować do wymagań projektowych.
Bior
ąc pod uwagę wszystkie możliwe źródła błędów i wyrównanie do ciśnienia atmosferycznego, dokładność pomiaru
nie powinna by
ć mniejsza niż 1 kPa w przedziale od 1 kPa do 100 kPa i 2 kPa dla warto ści większych od 100 kPa.
14.4 Procedura badania
14.4.1 Instalacja
Lokalizacj
ę i głębokość poszczególnych piezometrów lub studni obserwacyjnych nale ży dobrać uwzględniając cel
pomiarów, topografi
ę, stratygrafię i warunki gruntowe, a zwłaszcza przepuszczalność gruntu lub badanej formacji
wodono
śnej.
Liczb
ę i umiejscowienie stacji pomiarowych nale ży tak dobrać, aby można było wykonać dopuszczalną interpolację
po
łożenia wody gruntowej.
Lokalizacja stacji pomiarowych, których celem jest kontrola takich przedsi
ęwzięć jak, np. obniżenie zwierciadła wody
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 31
gruntowej, wykopy, wype
łnienia i tunele, powinna uwzględniać przewidywane zmiany.
Naturalne wahania ci
śnienia wody gruntowej należy mierzyć na stacji pomiarowej zlokalizowanej na zewn ątrz lecz w
pobli
żu kontrolowanego miejsca i w tych samych warstwach jak w strefie oddzia ływania, zarówno przed jak i po
wyst
ąpieniu zmian.
W celu uzyskania pomiarów odzwierciedlaj
ących ciśnienie wody w porach gruntu w danym punkcie warstwy gruntu lub
ska
ły, należy zabezpieczyć filtry za pomocą uszczelnienia oddzielającego inne warstwy lub formacje wodono śne.
Piezometry nale
ży instalować metodą wciskania lub wiercenie wstępnego.
Podczas instalacji, w zale
żności od rodzaju sprzętu pomiarowego, należy sprawdzić:
–
funkcjonowanie filtrów przed i po instalacji;
–
nasycenie wod
ą filtrów i innych części piezometru wprowadzanych poniżej zwierciadła wody;
–
czy p
ęcherzyki powietrza zostały usunięte z przewodów;
–
czy wytwarzana nadwy
żka ciśnienia wody w porach nie przekracza wytrzymałości urządzenia;
–
czy dodano
środki przeciw zamarzaniu, jeśli należy je stosować;
–
czy przewody lub rury u
łożone na powierzchni gruntu są chronione przed zasypaniem lub uszkodzeniem;
–
czy woda powierzchniowa nie b
ędzie dostawać się w głąb odwiertu;
–
czy okre
ślono rzędną poziomu lub głębokość filtra lub studni obserwacyjnej;
–
czy pomiary s
ą wystarczające do wydzielenia różnych formacji wodonośnych.
14.4.2 Pomiary
Liczb
ę, częstotliwość odczytów i długość okresu pomiarowego należy określić w projekcie dla każdego zadania po
rozpatrzeniu celu pomiarów i okresu stabilizacji.
Wszystkie pomiary nale
ży odnieść do rzeczywistej rzędnej terenu.
W celu okre
ślenia zmian długoterminowych, należy prowadzić regularne, w miarę częste, pomiary, w wystarczająco
d
ługim przedziale czasu.
W przypadku pomiarów krótkoterminowych, np. monitoruj
ących wpływ wbijania pali, obniżania zwierciadła wody
gruntowej lub wykonywanie wykopów, mo
żna także stosować automatyczny system pomiarowy.
W celu sprawdzenia poprawno
ści wyników w poszczególnych przypadkach, pomiary nale ży zapisywać i sprawdzać na
miejscu, np. przez porównanie z poprzednimi lub pomiarami w s
ąsiednim miejscu.
14.5 Interpretacja wyników pomiarów
Wyniki pomiarów wody gruntowej nale
ży wyrazić w jeden z następujących sposobów:
–
ci
śnienie wody, w metrach słupa wody, odniesione do końca otwartej rury lub średniego poziomu filtra;
–
zwierciad
ło wody, poziom w metrach (00,00);
–
ci
śnienie wody w porach, w kPa, dla danej g łębokości lub poziomu.
Interpretacj
ę pomiarów zwierciadła wody gruntowej należy wykonać uwzględniając aktualne wyniki pomiaru, konstrukcj ę
piezometru i ci
śnienie atmosferyczne, jeżeli jest to potrzebne.
Dla otworów obserwacyjnych i studni bez filtra, poziom zwierciad
ła wody gruntowej, który należy zanotować, odnoszony
jest zazwyczaj do górnej kraw
ędzi rury lub powierzchni gruntu.
Dla piezometrów hydraulicznych interpretacj
ę pomiarów należy wykonać na podstawie pomierzonego ciśnienia i różnicy
poziomów mi
ędzy urządzeniem pomiarowym a środkiem filtra.
W przypadku pomiarów sprz
ętem pneumatycznym lub elektrycznym, w którym membrana jest umieszczona powy żej
filtra, interpretacj
ę należy opierać na pomierzonym ciśnieniu i różnicy poziomów między środkiem filtra i membraną.
W przypadku przetworników ci
śnienia porowego, mierzących ciśnienie całkowite, należy dokonywać korekty
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 32
uwzgl
ędniającej aktualne ciśnienie atmosferyczne.
Nale
ży rozpatrzyć możliwe opóźnienie czasowe pomiędzy zmianami ciśnienia atmosferycznego i odpowiadaj ącymi im
zmianami ci
śnienia wody w porach.
14.6 Sprawozdanie z pomiarów wody gruntowej
Sprawozdanie z pomiaru wody gruntowej dla danego projektu nale
ży wykonać zgodnie ze zleceniem i przedstawić w
sprawozdaniu z bada
ń ośrodka gruntowego. Gdy to możliwe powinno ono zawierać oprócz podstawowych informacji
wymaganych w 2.3 informacje wyszczególnione poni
żej:
–
dat
ę;
–
rodzaj wykonanego pomiaru, powi
ązany z daną wysokością lub ciśnieniem atmosferycznym;
–
rodzaj sprz
ętu, np. przez powołanie opublikowanej normy;
–
ci
śnienie atmosferyczne w chwili zerowania zamkni ętego systemu przetworników;
–
poziom terenu i umiejscowienie piezometru;
–
poziom ostrza rury lub filtra;
–
poziom górnej kraw
ędzi rury;
–
dat
ę każdego odczytu;
–
zinterpretowane ci
śnienie porowe lub położenie zwierciadła wody;
–
podpisy przy instalacji i ka
żdym odczycie;
–
inne pomiary przyj
ęte w badaniach przepływu lub jakości wody gruntowej.
Sprawozdanie z bada
ń podłoża powinno zawierać ocenę pomiarów wody gruntowej z uwzględnieniem dokładności lub
potrzeby wykonania nast
ępnych instalacji lub pomiarów.
Niedok
ładność pomiarów może występować z następujących powodów:
–
zawarto
ści gazu lub pęcherzyków powietrza w systemie;
–
kolmatacji filtra;
–
niewystarczaj
ącego uszczelnienia wokół rur;
–
skoków temperatury i zamarzania;
–
zmian wspó
łczynników kalibracji;
–
korozji, np. na skutek ogniwa galwanicznego;
–
czynnika ludzkiego, np. pompowanie w pobliskich studniach.
Zapotrzebowanie na dalsze instalacje lub pomiary mo
że pojawić się, gdy przekrój geotechniczny jest bardziej
skomplikowany i wyst
ępuje nieoczekiwane ciśnienie wody gruntowej w profilach.
nast
ępna strona
PN-B-04452:2002 Geotechnika Badania polowe
Powielanie dokumentu zabronione. Wszelkie prawa zastrze
żone.
INTEGRAM BUDOWNICTWO
Cz
ęść 2 Strona 33