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