Badania geotechniczne – Badania laboratoryjne
gruntów-
Część 6: Badanie penetrometrem stożkowym
(ISO/TS 17892-6: 2004)

Wstęp



Norma ta określa zasady badania penetrometrem
stożkowym, którego stożek wciskany jest w grunt. W
trakcie badania mierzy się stopień penetracji stożka
w grunt. Dzięki badaniu uzyskuje się wartość
penetracji, na podstawie której można oszacować
wytrzymałość na ścinanie. Badanie stosuje się
zarówno do próbek o naruszonej,jak i nienaruszonej
strukturze.

Terminy i definicje

 



wytrzymałość na ścinanie bez odpływu ( C

u

)

wytrzymałość na ścinanie nasyconych

drobnoziarnistych

gruntów, oznaczona w taki sposób, że grunt pozostaje
nasycony podczas procesu ścinania

 



wytrzymałość na ścinanie metodą penetrometru

stożkowego bez odpływu ( C

ufc

)

wytrzymałość na ścinanie bez odpływu uzyskana za

pomocą

penetrometru stożkowego

 



próba o nienaruszonej strukturze

na ogół próba klasy 1 według prEN 1997-2

Sprzęt



Aparat stożkowy
Penetrometr

stożkowy

 
 

Sprzęt cd

Sprzęt pomocniczy:



próbnika rurowego dla prób o nienaruszonej
strukturze lub płaskiego dla próbek wyciśniętych i/lub
przycię tych;



naczynia do mieszania dla próbek o naruszonej
strukturze.



szpatułki;



wyciskarki do próbek;



piłki drucianej.

Przygotowanie próbki do
badań



W celu oznaczenia wytrzymałości na
ścinanie bez odpływu próby o
nienaruszonej strukturze, próby należy
pobrać bez naruszenia ich struktury.



Gdy grunt zawiera muszle, grubsze ziarna,
szczeliny, pęknięcia, kanaliki itp.
uzyskiwane wyniki mogą być błędne.



Czas i sposób przechowywania prób może
wpłynąć na wyniki.

Przygotowanie próbki cd

1. Próbki o nienaruszonej strukturze w próbnikach rurowych



Badanie należy przeprowadzać na materiale
reprezentatywnym dla całej próbki i najmniej naruszony.



Materiał naruszony należy usunąć z rury za pomocą
wyciskarki. Próbkę należy przyciąć drucianą piłką, aby
powierzchnia była możliwie jak najbardziej płaska.

2. Wyciśnięta lub/i przycięta próbka o nienaruszonej

strukturze



Próbkę do badań należy przygotować w taki sposób, aby
miała przynajmniej 50 mm średnicę, z płaskimi i
równoległymi końcami.



Wysokość próbki powinna być przynajmniej o 5 mm większa
niż maksymalna oczekiwana głębokość penetracji stożka.



Próbkę należy umieścić jedną ze stron na płytce.

Przygotowanie próbki cd

3. Próbka o strukturze naruszonej



Odnotować możliwe występowanie wszelkich

przewarstwień, warstewek (np. piasku) lub soczewek

grubszego materiału oraz fakt czy zostały one

usunięte.



Jeśli to możliwe, należy usunąć wszelkie ziarna żwiru,

muszle itp. i fakt ten odnotować.



Grunt należy dokładnie uformować tak, by nie

dopuścić do powstania pęcherzyków powietrza w

gruncie.



Naczynie do mieszania należy wypełnić gruntem bez

powietrza, a powierzchnię gruntu wyczyścić szpatułką

lub narzędziem o ostrych krawędziach. Zeskrobany

materiał należy umieścić w pustym naczyniu.



Badanie próbki wstanie naruszonym należy

przeprowadzać tuż po uformowaniu i wyrównaniu

powierzchni.



UWAGA 1
W przypadku formowania plastycznych gruntów dochodzi

do zniszczenia szkieletu gruntu Tempo zniszczenia zależy

od formowania, rodzaju gruntu, wilgotności naturalnej

(wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności) i

elektrolityczności cieczy w porach. Formowanie z reguły

wykonuje się ręcznie lub szpatułką i prowadzi się aż do

momentu, gdy konsystencja gruntu zacznie się zmieniać.



UWAGA2
Po uformowaniu wzrasta tiksotropia. Ma to istotny wpływ

na pomiary wytrzymałości na ścinanie, w szczególności

dla gruntów zawierających montmorylonit lub iłów typu

montmorylonitowych i zawierających sól morską (typ

quick clays) Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie

gruntów o naruszonej strukturze należy więc

przeprowadzać zaraz po uformowaniu.

Punkty badawcze



W próbkach o nienaruszonej strukturze, punkty

badawcze powinny być rozmieszczone tak, by jedno

badanie nie wpływało na drugie, oraz by nie było zbyt

blisko brzegu próbki. Część stożka penetrująca próbkę

nie powinna być bliżej brzegu próbki niż 7 mm. Odległość

pomiędzy zewnętrznymi granicami penetracji stożka w

dwóch badaniach powinna wynosić przynajmniej 14 mm.



Po każdym badaniu wykonanym na próbkach do badań

pozostałych w próbnikach wyciska sie próbkę o długości

1,5 długości penetracji stożka, a końcówkę próbki

przycina się piłą drucianą



W przypadku wyciskanych i/lub przyciętych próbek do

badań, należy przygotować nową próbkę do badań o

długości wystarczającej (wraz z zapasem) dla

oczekiwanej penetracji stożka.



Dla próbek do badań o naruszonej strukturze próbkę do

badań należy wymieszać i ponownie wypoziomować po

każdym badaniu.

Przeprowadzenie
badania



Umieścić stożek we właściwej pozycji, sprawdzić położenie zerowe i jeśli aparatura

tego wymaga odnotować, z dokładnością do 0,1 mm, zerowy odczyt początkowy.



Cały układ z przymocowanym stożkiem obniżyć tak, by stożek tylko dotknął

powierzchni gruntu.

(Dostosowanie można kontrolować obserwując cień stożka. Kiedy stożek znajduje się we właściwej pozycji

–w przypadku próbek uformowanych w naczyniu - pojawi się niewielki ruch naczynia.)



Stożek należy uwalniać natychmiast. Jeśli nie ma automatycznego zwolnienia

stożka i mechanizmu blokującego, należy uważać, by podczas procesu uwalniania i

blokowania stożka nie poruszyć aparatury.



W badaniu próbek uformowanych, penetrację należy odczytać, lub jeśli wymaga

tego aparatura, stożek należy zablokować po upływie (5 ± 1) sekundy.



Penetrację odczytać z dokładnością do 0,1 mm i zapisać. Należy także odnotować

rodzaj stożka.

(Zwłaszcza w badaniu uformowanych plastycznych gruntów, może mieć miejsce późniejsze tonięcie stożka

pod wpływem dylatancji i migracji wody w próbce. Po penetracji właściwej stożek nagle zatrzymuje się. a

następnie zaczyna stopniowo topić w gruncie, aż zupełnie się zatrzyma.)



Stożek należy wyciągnąć z próbki i umyć.

Przeprowadzenie
badania



Jeśli penetracja przekracza 20 mm, należy zastosować lżejszy

lub bardziej tępy stożek. Jeśli penetracja Jest mniejsza niż 5

mm, należy zastosować stożek cięższy lub ostrzejszy.



Przejść do kolejnego punktu badawczego i powtórzyć

procedurę



Dla próbek o nienaruszonej strukturze należy przeprowadzić co

najmniej 3 badania . Jeżeli którykolwiek z wyników odbiega

więcej niż o 10 % od średniej, należy przeprowadzić badanie

dodatkowe, a najbardziej odbiegający wynik wykluczyć.



Jeśli przeprowadzono tylko dwa badania, z powodu braku

wystarczającej ilości nienaruszonego materiału, fakt ten

należy odnotować.



Dla gruntów uformowanych badanie należy powtarzać, aż

uzyska się dwie udane, identyczne wartości penetracji stożka.

Przeprowadzenie
badania

Wyniki badań



Obliczenie średniej penetracji (i)
Średnia penetracji i powinna być obliczona z badań na próbkach o

nienaruszonej strukturze. Dla próbek ufor mowanych /'jest równe najczęstszej

wartości z dwóch badań.



Wytrzymałość na ścinanie bez odpływu

gdzie:
c

u

-wytrzymałość na ścinanie próbki o nienaruszonej strukturze w badanym stanie

[kPa];

c

ur

-wytrzymałość na ścinanie próbki uformowanej [kPa];

c -stała, zależna od stanu gruntu i kąta wierzchołkowego stożka;
c = 0,80 dla stożków z kątem 30°;
c = 0,27 dla stożków z kątem 60°;
g przyspieszenie, w m/s

2

;

m masa stożka, w g;
i penetracja stożka, w mm;

Wyniki badan cd



Wartość ta jest z reguły zgodna z wartościami
wytrzymałości otrzymywanymi bezpośrednio w
terenie. Wartość obliczoną poprawia się (C

u

):

W

L

-granica płynności

Wnioski



W przypadku próbek o nienaruszonej strukturze wyniki

badania zależą od jakości próbki. Poza tym na wynik

badania może wpływać efekt anizotropii.



Oszacowane wartości wytrzymałości na ścinanie dla

próbki o nienaruszonej strukturze, odnosi się do jej stanu

podczas badania w laboratorium. Wartość ta

niekoniecznie jest wskaźnikiem wytrzymałości na

ścinanie w naturalnych warunkach polowych. Zatem

badanie to należy traktować jako badanie wskaźnikowe.



Dla niehomogenicznych próbek gruntów, metoda daje

wartości wytrzymałości na ścinanie, które są mniej

reprezentatywne dla wytrzymałości próbki niż inne

badania przeprowadzane na próbkach o większej

objętości.



Dla próbek o naruszonej strukturze i dla próbek

spękanych metoda ta daje wartości wytrzymałości na

ścinanie większe niż badanie przeprowadzane na

próbkach o większej objętości.