XXIV OGÓLNOPOLSKIE
WARSZTATY PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
BESKIDY WISA
A, 17 � 20 marca 2009 r. KRAKÓW
Tomasz GODLEWSKI1
WYKONYWANIE I INTERPRETACJA
BADAC
POLOWYCH WEDA
UG PN-EN 1997-2
1. Wstęp
W artykule omówione zostaną zasady wykonywania i interpretacji badań polowych wg
normy PN-EN 1997-2  Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego . Przedstawione
w normie [2] zasady i wymagania dotyczą:
- planowania (projektowania) badań podłoża i opracowania dokumentacji badań,
- ogólnych wymagań dla niektórych (powszechnie stosowanych) badań
laboratoryjnych i polowych,
- interpretacji i oszacowania wyników badań,
- sposobu wyprowadzania wartości parametrów i współczynników geotechnicznych.
Norma [2] zawiera dodatkowo kilka przykładów zastosowań wyników uzyskanych
z badań polowych do projektowania. Normę PN-EN 1997-2 [2] należy stosować łącznie
z powołanymi w jej treści normami EN oraz EN ISO. Te ostatnie to zbiór procedur
badawczych dla poszczególnych metod, w których znajdują się szczegółowe wymagania
dotyczące sprzętu, aparatury pomiarowej, metodyki przeprowadzania oraz sposobu
przedstawiania wyników badań polowych.
Norma PN-EN 1997-2 [2] zawiera wybrane badania polowe i laboratoryjne, uznane za
powszechnie stosowane w krajach europejskich. Kryterium wyboru poza powszechnością
stosowania było również znaczenie przydatności poszczególnych metod w praktyce
geotechnicznej oraz możliwość wykonywania tych badań w usługowych laboratoriach
geotechnicznych.
Norma PN-EN 1997-2 [2] składa się z 6 rozdziałów i 24 załączników informacyjnych.
Rozdziały 1 i 2 dotyczą wymagań ogólnych i zaleceń dotyczących metod badań
laboratoryjnych i polowych na etapie planowania badań podłoża. Rozdział 3 dotyczy zaleceń
i wymagań związanych z pobieraniem prób gruntów i skał oraz pomiarów wód gruntowych.
Badaniom polowym poświecony jest rozdział 4 oraz 8 spośród 24 załączników
informacyjnych (załączniki oznaczone literami od D do K). Załączniki te, stanowią
uzupełnienie informacji zawartych w części głównej. Każdy załącznik przedstawia przykłady
korelacji i zależności służących interpretacji wyników badań (wzory, tabele i wykresy) oraz
przykłady zastosowań wyników danej metody do obliczeń projektowych. Wyprowadzenie
1
Dr n. t. - Instytut Techniki Budowlanej - Warszawa
67
wartości parametrów wg normy [2] na podstawie wyników badań polowych i laboratoryjnych
dotyczy głównie projektowania pali oraz fundamentów bezpośrednich.
Informacje dotyczące wykonywania i interpretacji badań polowych w normie PN-EN
1997-2 [2] zajmują blisko 60 stron do tego dochodzi jeszcze 13 norm EN ISO. Z tego powodu
w niniejszym artykule zostanie przedstawiony tylko krótki przegląd metod (w większości
znanych już dzięki funkcjonującej od kilku lat normie PN-B-04452:2002 [14]), natomiast
większa uwaga zostanie skupiona na prezentacji przykładów możliwych zastosowań oraz
interpretacji wyników uzyskanych z badań in situ podanych w załącznikach informacyjnych.
2. Zasady i wymagania ogólne
Głównym celem normy PN-EN 1997-2 [2] jest zapewnienie odpowiedniej jakości
wykonywania badań i ich interpretacji do określenia miarodajnych do projektowania wartości
wyprowadzonych parametrów geotechnicznych. Parametry wyprowadzone stanowią
następnie podstawę do ustalenia wartości charakterystycznych właściwości podłoża zgodnie
z zasadami i regułami podanymi w normie PN-EN 1997-1 [1]. Norma wyraz
nie podkreśla, że
wyprowadzone wartości parametrów geotechnicznych mogą być uzyskiwane na podstawie
teorii, korelacji lub doświadczenia.
Postanowienia zawarte w normie PN-EN 1997-2 [2] stosuje się głównie dla
dokumentacji o 2 kategorii geotechnicznej. Wymagania odnośnie stopnia rozpoznania
podłoża dla dokumentacji 1 kategorii są najczęściej ograniczone (bazuje się na
doświadczeniach lokalnych), natomiast w przypadku kat. 3 zakres i ilość wymaganych badań
musi być co najmniej taka sama jak dla kat. 2. W zależności od warunków w szczególnych
przypadkach może być konieczne wykonanie dodatkowego rozpoznania lub użycia bardziej
zaawansowanych metod badawczych (np. geofizyka).
Badania polowe należy planować uwzględniając: warunki geologiczne i stratygrafię
podłoża, typ budowli, rodzaj posadowienia i przewidywane prace podczas budowy,
wymagany do obliczeń rodzaj parametru geotechnicznego, przyjętą metodę projektowania.
Rodzaj i zakres użytych metod badawczych oraz lokalizację punktów należy dostosować
do przewidywanego rodzaju budowli, metody posadowienia, wzmocnienia podłoża
i głębokości posadowienia. Wg normy PN-EN 1997-2 [2] rozpoznanie podłoża powinno być
wykonywane etapowo, zależnie od problemów powstających w trakcie planowania,
projektowania i wykonawstwa realizowanego obiektu. Projektowanie geotechniczne jest
procesem biegnącym równolegle do projektowania i wykonywania, a nawet eksploatacji
obiektu. Wyróżnia się następujące etapy rozpoznania podłoża:
- badania wstępne - mają na celu wybór lokalizacji i koncepcji budowli;
- badania do celów projektowych  mają na celu określenie charakterystyki warunków
podłoża niezbędnej do zaprojektowania obiektu;
- badania związane z kontrolą i monitoringiem  sprawdzenie zgodności podłoża
z wynikami badań do celów projektowych, badania kontrolne i odbiorcze podłoża,
niezbędne w przypadku wykorzystania metody obserwacyjnej.
Rozpoznanie podłoża na każdym z etapów powinno być oparte o badania polowe lub ich
kombinacje z innymi metodami. Odpowiednia kombinacja i dobór badań dla różnych
warunków pozwala uzyskać pełną charakterystykę podłoża gruntowego. Różnorodność metod
jest obecnie coraz większa i nadal rozwijana (rys. 1). Norma w obecnej formie podaje tylko
11 wybranych metod powszechnie uznanych i rozwijanych w większości krajów
europejskich. Z pewnością lista ta będzie jeszcze uzupełniana w przyszłości np. o metody
wykorzystujące pomiary geofizyczne (CSWS, SAWS, MASW  odmiany płytkiej sejsmiki,
68
czy SCPTU  sonda ze stożkiem sejsmicznym). Przegląd metod i wyników z badań z nich
uzyskiwanych zawartych w normie PN-EN 1997-2 przedstawia tabl. 1.
Rys. 1. Dostępne metody badań in situ do określania parametrów podłoża
wg Mayne a za Młynarkiem [15]
Tablica 1. Zestawienie metod i wyników badań według norm geotechnicznych [2]
wraz z parametrami wyprowadzonymi na ich podstawie [17], [19], [20], [27]
Wartości
Badania polowe Wyniki badań
wyprowadzone*
- opór zagłębienia stożka (qc)
Badanie statyczne sondą
- miejscowy, jednostkowy opór tarcia na pobocznicy IL, ID, cu, � , c ,
stożkową
(fs) M, E, OCR, K0, IC
CPT
- współczynnik tarcia (Rf)
IL, ID, cu, � , c ,
Badanie statyczną sondą - skorygowany opór stożka (qt)
M, E, ł, OCR, K0,
stożkową z możliwością - miejscowy, jednostkowy opór tarcia na pobocznicy
IC, cv(h), kh(v), G0,
pomiaru ciśnienia (fs)
CRR
porowego CPTU - pomierzone ciśnienie porowe (u)
- liczba uderzeń N10 dla następujących badań: DPL,
Sondowanie dynamiczne
DPM, DPH ID, � , M, qc, ł
DP
- liczba uderzeń N10 lub N20 dla badania DPSH
- liczba uderzeń N
Badanie dynamiczne sondą
- współczynnik energii Er IL, ID, qc, � , E
cylindryczną SPT
- opis gruntu
- moduł presjometryczny (EM)
Badanie presjometryczne
- ciśnienie pełzania (pf)
Menarda ID, IL, cu, M, qc
- ciśnienie graniczne (pLM)
MPM
- krzywa ekspansji (rozszerzalności)
Badanie dylatometrem - moduł dylatometryczny (EFDT)
ID, IL, cu, M, qc
cylindrycznym FDT - krzywa odkształcenia
* wybrano najbardziej znaczące parametry, symbole i opisy wg [2] i [16]
69
c.d. tablicy 1.
Wartości
Badania polowe Wyniki badań
wyprowadzone*
Wszystkie inne badania
presjometryczne ID, IL, cu, M, qc
- krzywa odkształcenia
(PBP, SBP, FDP)
- wytrzymałość na ścinanie bez odpływu (bez
Badanie polową sondą poprawki) (cfv)
krzyżakową - wytrzymałość na ścinanie bez odpływu gruntu IL, cu, cr, St
FVT przerobionego (crv)
- krzywa momentu obrotowego
- ciągły zapis oporu sondowania sondą wkręcaną
- opór sondowania sondą wkręcaną to:
Badanie sondą wkręcaną
� , E, cu, ID
- wielkość zagłębienia przy obciążeniu normowym;
WST
- albo liczba półobrotów potrzebnych na każde
0,2 m wpędu, przy normowym obciążeniu 1 kN
Próbne obciążenie płytą
- graniczne naprężenie kontaktowe (pu) cu, EPLT, ks
PLT
- skorygowane ciśnienie odrywające (p0)
Badanie dylatometrem - skorygowane ciśnienie ekspansji (rozszerzalności)
cu, � , M, K0,
płaskim dla 1,1 mm
OCR, kh
DMT - moduł dylatometryczny EDMT, wskaz
nik materiałow.
(IDMT) oraz wskaz
nik naprężeń poziomych (KDMT)
* wybrano najbardziej znaczące parametry, symbole i opisy wg [2] i [16]
Wybór rodzaju metod badań i sprzętu przy planowaniu programu badań podłoża
powinien mieć na celu osiągnięcie najlepszego technicznego i ekonomicznego rozwiązania
zakładanego zadania. Poza tym, sprzęt i procedury do badań, powinny odpowiadać
wymaganiom zawartym w EN ISO. Informacje dotyczące procedur, przedstawiania i oceny
badania sondą wkręcaną i dylatometrem płaskim można znalez
ć w CEN ISO [3.5a], [3.7a].
W przypadku kiedy wyniki otrzymane w trakcie wykonywania badań nie odpowiadają
założeniom początkowym (tj. informacji na temat badanego terenu i/lub celu badania), należy
zalecić działania dodatkowe, takie jak: dodatkowe badania np. zagęszczenie siatki badań lub
zmiana metody badań.
Przy ocenie wyników badań polowych, zwłaszcza w przypadku wyprowadzania
parametrów geotechnicznych na podstawie wyników, należy wziąć pod uwagę każdą
dodatkową informację na temat warunków w podłożu np. wyniki opisów prób z wierceń
i wykopów, czy wyniki badań laboratoryjnych. Norma [2] wymaga również, aby przy ocenie
wyników badań uwzględniać możliwe wpływy sprzętu i zmienności gruntów na mierzone
parametry. Gdy grunt wykazuje silną anizotropię, należy zwrócić uwagę na kierunek działania
obciążenia w stosunku do kierunku anizotropii.
Stosując załączniki informacyjne (nieobligatoryjne) od D do K, należy się upewnić, czy
warunki w podłożu badanego terenu (rodzaj gruntu, współczynnik jednorodności, wskaz
nik
konsystencji, itd.) są zgodne z warunkami brzegowymi dla danych korelacji. W tym celu
należy wykorzystywać lokalne doświadczenia, które potwierdzą poprawności zastosowanych
zależności, lub pozwolą na ich weryfikację.
70
3. Badania polowe gruntów i skał
3.1. Badania statyczną sondą stożkową bez pomiaru (CPT)
i z pomiarem ciśnienia wody w porach (CPTU)
Badania za pomocą statycznej sondy stożkowej (CPT) służą określeniu oporu gruntu
podczas zagłębiania stożka (qc) oraz tarcia na tulei ciernej (fs). Badanie CPT polega na
wciskaniu sondy stożkowej pionowo w grunt za pomocą kolumny, ze stałą, ustaloną
prędkością zagłębiania (2 cm/s). Sondowanie wykonuje się najczęściej siłownikiem o nacisku
5 - 40 ton, najczęściej z powierzchni terenu, można również wykonywać w otworze. Sonda
stożkowa składa się ze stożka i z cylindrycznego trzonu albo tulei ciernej.
Rys. 2. Schemat budowy końcówki elektrycznej CPTU [14], obok widok różnego typu
końcówek pomiarowych [18]
Badanie CPTU to badanie sondą CPT z końcówką elektryczną, wyposażoną
w znormalizowany stożek o średnicy 35,7 mm, z możliwością pomiaru ciśnienia wody
w porach gruntu i cylindrycznej pobocznicy. Podczas wciskania sondy dokonuje się pomiaru
oporu na stożku qc [MPa], tarcia na pobocznicy fs [MPa] i ciśnienia wody w porach u [MPa].
Odczyty dokonywane są automatycznie, co 2 cm. Obecnie sondy wyposażane są w coraz
bardziej skomplikowane systemy pomiarowe i receptory (rys. 2).
Wyniki badania CPTU są wykorzystywane głównie do wyznaczenia profilu gruntowego
łącznie z wynikami otrzymanymi z pobierania prób przy wierceniu i wykopach,
w porównaniu z innymi badaniami polowymi. Wyniki sondowań mogą również być
wykorzystywane do wyznaczenia parametrów geotechnicznych, takich jak właściwości
wytrzymałościowe i odkształceniowe gruntu, a także do bezpośredniego zastosowania do
metod obliczeniowych. Wyniki mogą być również wykorzystane do wyznaczenia długości
pali i ich nośności na wciskanie i wyciąganie albo do wyznaczania wymiarów fundamentów
bezpośrednich.
Badania powinny być wykonane i przedstawione zgodnie z metodą, która odpowiada
wymaganiom podanym w EN ISO 22476-1 [4] dla badania sondą z końcówką elektryczną
CPT i CPTU albo w EN ISO 22476-12 [12] dla badania sondą z końcówką mechaniczną
CPT. Przy ocenie wyników badania należy uwzględniać różne, możliwe oddziaływania na
opór zagłębiania stożka, np. w iłach przy ocenie powinien być wykorzystany opór zagłębiania
stożka skorygowany o wpływ ciśnienia porowego (qt). W przypadku gdy z wyników badania
CPT wyprowadza się nośność albo osiadanie fundamentu bezpośredniego, należy zastosować
do projektowania metodę pół-empiryczną lub analityczną wg [1].
71
Przykłady zastosowań sondy CPT/CPTU:
" określanie parametrów wytrzymałościowych i odkształceniowych
Badania i wyniki uzyskane z sond CPT i CPTU są bardzo pomocne przy wyznaczaniu
parametrów wytrzymałościowych i odkształceniowych. Norma [2] i informacje podane w
załączniku D podaje kilka zależności służących do wyznaczania poszczególnych parametrów.
Wytrzymałość drobnoziarnistego gruntu (cu) na ścinanie bez odpływu, może być
wyznaczona na podstawie badania CPT ze wzoru:
qc - � qt - �
vo v0
cu = lub w przypadku badania CPTU, ze wzoru: cu = (1)
Nk Nkt
gdzie:
qc  jest oporem zagłębiania stożka
qt  jest oporem zagłębiania stożka skorygowanym ze względu na wpływ ciśnienia wody porowej;
Nk i Nkt  współczynniki oszacowane na podstawie lokalnego doświadczenia lub wiarygodnych
korelacji.
�vo  jest początkowym całkowitym pionowym naprężeniem od nadkładu na rozpatrywanej
głębokości
Wartości Nk lub Nkt uzyskane na podstawie doświadczeń krajowych podaje
w załącznikach norma PN-B-04452:2002 [14] (tab. 2). Podane wartości są do wykorzystania
w załączniku krajowym, jednak wymagają jeszcze uzupełnienia np. dla lessów.
W przypadku gdy do obliczania oporu podłoża zastosowana jest przykładowo metoda
analityczna to kąt tarcia wewnętrznego gruntu (Ć ) może być określony na podstawie oporu
zagłębiania stożka (qc) w oparciu o doświadczenia lokalne, z uwzględnianiem wpływu
głębokości.
Przykład zakresów wartości do oszacowania Ć z qc, dla piasków kwarcowych
i skaleniowych (nie wapiennych) podano w tablicy (tabl. 3) dla szacowania nośności
fundamentów bezpośrednich (bez uwzględnienia wpływu głębokości fundamentów).
Tablica 2. Wartości Nk dla gruntów polskich wg PN-B-04452:2002 [14]
Gliny pokrywowe i zwałowe zl. qc = 0,5 qc = 2,5
Wisły nieskonsolidowane Nk = 12 Nk = 25
Gliny zwałowe starsze qc = 1,5 qc = 7,0
skonsolidowane Nk = 12 Nk = 20
Utwory zastoiskowe
qc = 1,2 qc = 3,5
czwartorzędowe iły pylaste, gliny
Nk = 6 Nk = 15
pylaste
qc = 1,3 qc = 4,5
Iły plioceńskie i mioceńskie
Nk = 8 Nk = 14
Lessy brak danych
qc = 0,2 qc = 4,0
Gytie
Nk = 1 Nk = 6
72
Tablica 3. Wartości efektywnego kąta tarcia wewnętrznego (�') oraz modułu Younga
z odpływem ( E ) na podstawie wartości oporu zagłębiania stożka qc [2]
Efektywny kąt
Moduł Younga
Opór stożka
tarcia wewnętrznegoa
Stopień zagęszczenia z badań CPT z odpływemb
qc [MPa]
E [MPa]
�' [�]
Bardzo luz
ny 0,0  2,5 29  32 < 10
Luz
ny 2,5  5,0 32  35 10  20
Średniozagęszczony 5,0  10,0 35  37 20  30
Zagęszczony 10,0  20,0 37  40 30  60
Bardzo zagęszczony > 20,0 40  42 60  90
a
Podane wartości są ważne dla piasków. W przypadku gruntów pylastych zaleca się zmniejszenie o 3o.
W przypadku żwirów zaleca się dodać 20.
b
E jest przybliżeniem modułu siecznego, zależnego od naprężenia i czasu. Wartości podane dla modułu z
odpływem odpowiadają 10-cio letnim osiadaniom. Określa się je przy założeniu, że rozkład naprężeń
pionowych następuje w przybliżeniu przy nachyleniu 2:1. Poza tym, niektóre badania wskazują, że te
wartości mogą być o 50% niższe w gruntach pylastych i o 50% wyższe w gruntach żwirowych.
W przekonsolidowanych gruntach gruboziarnistych moduły mogą być znacznie wyższe. W przypadku
obliczania osiadań od naprężeń w podłożu większych niż 2/3 obliczeniowej nośności granicznej, moduł
zaleca się przyjąć jako połowę wartości przyjętej w tej tablicy.
Inną zależność podano jako przykład korelacji pomiędzy Ć i qc dla piasków z
le
uziarnionych. Korelacja podana wg wzoru (2) powinna być uważana jako dająca ostrożne
oszacowanie.
� = 13,5 � lg qc + 23 (2)
gdzie:
� - efektywny kąt tarcia wewnętrznego, w stopniach
qc - opór zagłębiania stożka , w MPa
Zależność ta jest ważna w przypadku z
le uziarnionych piasków (Cu < 3), powyżej
zwierciadła wody gruntowej oraz przy oporze zagłębiania stożka w przedziale 5 MPa d" qc d"
28 MPa. Niniejszy przykład został opublikowany przez Stenzela [3.1k] oraz w DIN 4094-1
(2002) [3.1d]. Norma [2] podaje również, że do wyznaczenia Ć z qc mogą być użyte bardziej
zaawansowane metody biorące pod uwagę pionowe naprężenie efektywne, ściśliwość
i stopień prekonsolidowania gruntu. Taki przykład zależności w formie zestawienia
dotychczasowych korelacji z podanymi w normie [2] przedstawia wykres (rys. 3). Analizując
zależności podane przez Robertsona i Campanella [19], [20] które uwzględniają wpływ
naprężeń pionowych �'vo, widać wyraz
nie, że zależność wg dotychczasowej normy [14], jak
i te podane w Eurokodzie są poprawne dla zakresu naprężeń pionowych w przedziale
100-250 kPa (tj. ok. 5-15 m).
73
Rys. 3. Zależność do wyznaczania kąta tarcia wewnętrznego na podstawie oporu zagłębiania
stożka dla gruntów niespoistych [2], [14], [20]
Norma [2] nie podaje natomiast stosownych korelacji dla gruntów spoistych
(drobnoziarnistych). Wykorzystując dotychczasowe doświadczenia dla typowych gruntów
spoistych można za tabelą w normie PN-B-04452:2002 [14] podać następujące zależności
(rys. 4).
Rys. 4. Zależność do wyznaczania kąta tarcia wewnętrznego na podstawie oporu zagłębiania
stożka dla gruntów spoistych  doświadczenia polskie [14]
Stosując teorię sprężystości, moduł sprężystości Younga z odpływem (E ) (długotrwały),
może być wyznaczony z oporu zagłębiania stożka (qc) na podstawie doświadczenia
regionalnego. Przykład z załącznika podaje sposób oszacowania przybliżonych wartości E
z qc dla piasków kwarcowych i skaleniowych (nie wapiennych). Tablica 3 stanowi przykład
zależności, który może być wykorzystany do wyprowadzania, na podstawie wartości qc,
parametrów �' i E na potrzeby obliczeń nośności i osiadania fundamentów bezpośrednich.
Należy mieć jednak na uwadze, że niniejszy przykład uzyskano poprzez skorelowanie
średniej wartości qc w warstwie ze średnimi wartościami �' i E '.
Komentując tablicę 3 z normy [2], na podstawie doświadczeń ITB [21], [22], można
podać uzyskany na podstawie badań porównawczych nomogram (rys. 5) do określania
wartości modułu odkształcenia na podstawie wyników badań z sondy CPTU dla warunków
polskich. Analizując wyniki podane w tabl. 3 w stosunku do wartości na nomogramie należy
stwierdzić, że wartości podane w tablicy są bardzo ostrożne.
74
Rys. 5. Wartości modułów ustalone na podstawie sondowań statycznych
 projekt badawczo-rozwojowy KBN T07E 047 30 [21]
" określanie osiadania fundamentów bezpośrednich
Do obliczenia osiadania fundamentów bezpośrednich na podstawie wyników badania
CPT stosuje się uproszczoną metodę ośrodka sprężystego, korelacja pomiędzy oporem stożka
(qc) a modułem sprężystości Younga z odpływem (E ), zależy od rodzaju metody: pół-
empirycznej metody sprężystości albo teorii sprężystości. Uproszczona metoda ośrodka
sprężystego została przedstawiona w PN-EN 1997-1 [1], w załączniku F. Metody pół-
empiryczne mogą być stosowane do obliczania osiadania w przypadku gruntu
gruboziarnistego (w rozumieniu klasyfikacji wg PN-EN ISO 14688-1 [23] tj. piasków).
Poniżej podano przykład pół-empirycznej metody obliczania osiadań fundamentów
bezpośrednich w gruntach gruboziarnistych. Wartość modułu sprężystości Younga (E )
wyprowadzona została na podstawie oporu zagłębiania stożka (qc), jest to:
- E = 2,5 qc, w przypadku osiowosymetrycznego stanu odkształcenia (fundamenty
kołowe i kwadratowe); oraz
- E = 3,5 qc, w przypadku płaskiego stanu odkształcenia (fundamenty pasmowe - ławy).
Osiadanie fundamentu (s) od obciążenia (q) wyraża się jako:
z1
Iz
'
s = C1 �"C2 �" (q -�� 0 ) �" dz (3)
+"
C3 �" E'
0
gdzie:
C1 - 1 -0,5�"[� �0/(q-� �0)]; C2 - 1,2 + 0,2 �" lg t
C3 - współczynnik poprawkowy ze względu na kształt fundamentu bezpośredniego:
- 1,25 dla fundamentów o podstawie kwadratowej; i
- 1,75 dla fundamentów pasmowych, w których L > 10 B;
� �0 - początkowe, pionowe naprężenie efektywne w poziomie posadowienia;
t - czas, w latach; Iz - współczynnik wpływu odkształceń (patrz poniżej)
Na rysunku 6 podano zmienność współczynnika wpływu odkształceń pionowych (Iz) dla
osiowosymetrycznego (fundamenty kołowe i prostokątne) oraz dla płaskiego (fundamenty
pasmowe) stanu odkształcenia. Omawiany przykład został opublikowany przez
Schmertmanna (1970) [3.1h] i (1978) [3.1i].
75
Oznaczenia:
x - współczynnik wpływu odkształceń pionowych Iz dla fundamentu sztywnego,
y - głębokość względna poniżej poziomu posadowienia,
1 - osiowo-symetryczny stan odkształcenia (L/B = 1) 2 - płaski stan odkształcenia (L/B > 10)
3 - B/2 (osiowo-symetryczny); B (płaski stan odkształcenia) 4 - głębokość zasięgu Izp
Rys. 6. Wykresy współczynnika wpływu odkształceń do obliczeń osiadań ław i stóp [2]
Do obliczeń osiadań fundamentów bezpośrednich mogą być również wykorzystane
korelacje pomiędzy modułem edometrycznym M (Eoed), a oporem stożka (qc). Norma w tym
celu podaje następującą zależność pomiędzy Eeod i qc:
Eoed = ą �" qc (4)
gdzie:
ą - współczynnik korelacji zależny od lokalnego doświadczenia
Tablica 4. Przykładowe wartości ą [2]
Grunt qc [MPa] ą
qc d" 0,7 3 < ą < 8
Ił nisko plastyczny * 0,7 < qc < 2 2 < ą < 5
qc e" 2 1 < ą < 2,5
qc < 2 3 < ą< 6
Pył nisko plastyczny *
qc e" 2
1 < ą < 2
Ił bardzo plastyczny* qc < 2 2 < ą < 6
Pył bardzo plastyczny* qc e" 2
1 < ą < 2
Pył z dużą zawartością części
organicznych qc < 1,2 2 < ą < 8
(tj. powyżej 20% )?
qc < 0,7
Torf i ił z dużą zawartością części
oraz: 50< w d" 100 1,5 < ą < 4
organicznych
100< w d" 200 1 < ą < 1,5
(tj. powyżej 20% )?
w d" 300
ą < 0,4
2 < qc d" 3 2 < ą < 4
Kreda:
qc > 3 1,5 < ą < 3
* terminy oparte na klasyfikacji międzynarodowej, należy uzupełnić opis wg klasyfikacji
PN-EN 14688 [23], [24] (np. siCl)
W tablicy 4 podano przykładowe wartości ą równanie (4) dla różnych rodzajów gruntów
jako funkcję oporu zagłębiania stożka. W tablicy podano również własne zapytania
76
i komentarze (pochylenie). W opracowywanej wersji załącznika krajowego sprawy te zostaną
podjęte i wyjaśnione na podstawie dotychczasowego doświadczenia.
Gdy do obliczenia osiadania fundamentów bezpośrednich stosowana jest teoria
sprężystości, wykorzystany może być, zależny od naprężenia, moduł edometryczny (Eoed)
wyznaczony na podstawie qc. Korelacje podana poniżej powinna być traktowana jako
ostrożne oszacowanie, a zdefiniowano ją w sposób następujący:
w2
�# 2 2 ś#
ś#�� + 0,5"�� ź#
Eoed = w1 �" paś# 0 (5)
pa ź#
�# #
gdzie:
w1 - współ. sztywności; w2 - wykładnik sztywności:
dla piasków o współczynniku jednorodności CU d" 3, w2 = 0,5;
dla iłów nisko plastycznych (Ip d" 10; wL d" 35), w2 = 0,6;
� � - efektywne naprężenie pionowe w poziomie posadowienia lub na dowolnej głębokości
poniżej spowodowane nadkładem gruntu,
"� � - efektywne naprężenie pionowe od obciążenia budowlą w poziomie posadowienia lub na
dowolnej głębokości poniżej,
pa - ciśnienie atmosferyczne; Ip - wskaz
nik plastyczności, wL - granica płynności
Ponadto wartości współczynnika sztywności w1 mogą być wyprowadzone na podstawie
wyników badania CPT/CPTU przy wykorzystaniu następujących równań (w zależności od
rodzaju gruntu) [3.1k], [3.1b], [3.1d]:
- z
le uziarnione piaski (CU d" 3) powyżej wody gruntowej;
w1 =167 lg qc + 113 (zakres ważności: 5 d" qc d" 30)
- dobrze uziarnione piaski (CU > 6) powyżej wody gruntowej;
w1 =463 lg qc - 13 (zakres ważności: 5 d" qc d" 30)
- iły nisko plastyczne o konsystencji co najmniej zwartej (0,75 d" IC d" 1,30) i powyżej
wody gruntowej (IC to wskaz
nik konsystencji);
w1 = 15,2qc + 50 (zakres ważności: 0,6 d" qc d" 3,5).
Dotychczas metoda ta w Polsce nie była używana powszechnie i wymaga jeszcze
weryfikacji oraz wykonania obliczeń sprawdzających i porównawczych.
" określanie nośności pala
W przypadku wyprowadzania granicznej nośności pala wciskanego lub wyciąganego
zgodnie z PN-EN 1997-1 [1] na podstawie wyników badania CPT/CPTU, należy
wykorzystywać zasady obliczeń oparte na lokalnie ustalonych korelacjach między wynikami
próbnych obciążeń statycznych pali, a wynikami sondowań. W tablicach 5 i 6 podano
przykłady ustalonej korelacji pomiędzy wynikami próbnego obciążenia statycznego pali,
a wynikami badania CPT/CPTU dla gruntów gruboziarnistych zawierających niewiele lub
niezawierających frakcji drobnych [3.1c].
Tablica 5. Jednostkowy opór podstawy pb pali wykonywanych w podłożu [2]
Znormalizowane Jednostkowy opór podstawy pb, w MPa, przy średniej wartości
osiadanie oporu zagłębiania stożka qc (CPT) w MPa
s/Ds; s/Db
qc = 10 qc = 15 qc = 20 qc = 25
0,02 0,70 1,05 1,40 1,75
0,03 0,90 1,35 1,80 2,25
0,10 (= sg) 2,00 3,00 3,50 4,00
UWAGA: Wartości pośrednie mogą być interpolowane liniowo. W przypadku pali wykonywanych
w podłożu z poszerzeniem podstawy pala, wartości należy pomnożyć przez 0,75.
s - znormalizowane osiadanie głowicy pala; Ds - średnica trzonu pala
sg - graniczne osiadanie głowicy pala; Db - średnica podstawy pala
77
Tablica 6. Jednostkowy opór tarcia pobocznicy ps pali wykonywanych w podłożu [2]
Średni opór zagłębiania stożka Jednostkowy opór tarcia
qc (CPT) pobocznicy ps
[MPa] [MPa]
0 0
5 0,040
10 0,080
e" 15 0,120
UWAGA: Wartości pośrednie mogą być interpolowane liniowo
W kolejnych przykładach zamieszczonych w załączniku D normy [2] podano sposoby
oszacowania nośności pojedynczych pali różnych typów, na podstawie wartości qc
wyprowadzonych z badania CPT. Szczegóły toku postępowania są związane bezpośrednio
z zagadnieniem projektowania posadowienia na palach  autor odsyła do referatów
dotyczących projektowania fundamentów palowych.
3.2. Badania presjometryczne (PMT)
Celem badania presjometrycznego jest pomiar in situ odkształcenia gruntu wywołanego
rozszerzaniem się cylindrycznej, elastycznej membrany pod wpływem wzrostu ciśnienia.
Badanie polega na umieszczeniu sondy zawierającej cylindryczną, elastyczną membranę
w podłożu, we wcześniej wykonanym odwiercie, lub za pomocą samowwiercenia, albo za
pomocą wciskania (rys. 7).
Rys. 7. Schemat badania za pomocą presjometru [14], obok widok zestawu do badań
presjometrem Menard a [28]
Jednorazowo, na wcześniej określonej głębokości, membrana rozszerza się pod
ciśnieniem, a odczyty wartości ciśnienia i rozszerzania są zarejestrowane, aż zostanie
osiągnięte rozszerzenie boczne maksymalne dla konkretnego urządzenia. Rozszerzenie
mierzone jest w oparciu o przemieszczenie radialne lub zmiany objętości membrany
cylindrycznej. Badanie to wykorzystane jest do wyprowadzania parametrów
wytrzymałościowych lub odkształceniowych podłoża. Otrzymane wyniki służą do
78
wyznaczania krzywych naprężenie-odkształcenie dla drobnoziarnistych gruntów i miękkich
skał (np. kreda). Jako wynik sondowania otrzymuje się kartę na której dla danej głębokości
badania odczytuje się ciśnienie graniczne, moduł presjometryczny, i stosunek modułu do
ciśnienia, podawane są też wykresy zmienności tych danych wraz z głębokością. Przed
wykonaniem badań, na etapie planowania badań należy określić rodzaj presjometru, który
będzie używany. Istnieją cztery różne typy presjometrów, dla których należy stosować
odpowiednie normy:
- presjometry wymagające wstępnego wiercenia (PBP), np. badanie cylindrycznym
dylatometrem sprężystym (FDT), wg EN ISO 22476-5 [8];
- presjometr Menarda (MPM), szczególna forma PBP, wg EN ISO 22476-4 [7];
- presjometr samowiercący (SPB), wg EN ISO 22476-6 [9];
- presjometr zagłębiany z pełnym przemieszczaniem (FDP), wg EN ISO 22476-8 [10].
Presjometry PBP i MPM są opuszczane do otworu badawczego, wykonanego specjalnie
dla badania presjometrycznego. Presjometr samowiercący SPB wwierca się w grunt przy
użyciu specjalnej głowicy umieszczonej na jego dolnym końcu w ten sposób sonda zastępuje
materiał, który usuwa, tworząc swój własny odwiert badawczy. Dylatometr FDP zazwyczaj
jest wciskany w grunt za pomocą specjalnego stożka umieszczonego w dolnym końcu sondy,
tworząc w ten sposób własny otwór badawczy  patrz rozdz. 3.3. Presjometr MPM
w niektórych przypadkach może być wciskany albo wkręcany do gruntu. Sondy PBP, SBP
i FDP mogą przybierać różne formy zależnie od rodzaju przyrządu i systemu pomiarowego.
W badaniach stosuje się dwie procedury badawcze:
- procedura mająca na celu otrzymanie modułu presjometrycznego (EM) i ciśnienia
granicznego (pLM), która może być wykorzystana w metodach projektowych
opracowanych dla presjometru Menarda;
- procedura prowadząca do otrzymania innych parametrów sztywności i wytrzymałości
gruntu.
Badania należy wykonywać i wyniki przedstawiać zgodnie ze stosowaną metodą
badawczą, która odpowiada wymaganiom dla danego rodzaju przyrządu. Każde odstępstwo
od wymagań podanych w odpowiadających im normach należy uzasadnić, komentując ich
wpływ na uzyskiwane wyniki. Istotny wpływ na wyniki może mieć również sztywność samej
membrany. Dlatego przyłożone ciśnienie należy skorygować o sztywność membrany, tak aby
otrzymać rzeczywiste ciśnienie przyłożone do cylindrycznej powierzchni kontaktu
z podłożem wokół sondy. Jeśli użyto presjometru z pomiarem przemieszczenia radialnego,
odczyty przemieszczenia należy przeliczać na odkształcenie otworu, a jeśli badanie jest
wykonywane w skale, to skorygować je z uwagi na ściśliwość i zmniejszenie grubości samej
membrany. W przypadku użycia presjometru z pomiarem przemieszczenia objętościowego
(np. MPM), odczyt objętości należy skorygować z uwagi na system rozszerzania.
Badania powinny być wykonane i przedstawione zgodnie z metodą, która odpowiada
wymaganiom podanym w EN ISO dla określonych rodzajów badań. Oprócz wykresów
standardowych wymaganych dla poszczególnych przyrządów, norma [2] podaje spis
dodatkowych wykresów które powinny być uwzględnione, zestawienie przedstawia tabl. 7.
Badania presjometryczne mają szerokie zastosowanie związane z wyznaczania
parametrów podłoża. Stosując pośrednią albo analityczną metodę projektową wyprowadza się
z krzywej presjometrycznej takie parametry geotechniczne jak: wytrzymałości gruntu na
ścinanie i moduł ścinania. Dotychczasowa norma PN-B-04452:2002 [14] podaje przedziały
wartości minimalnych, maksymalnych i średnich dla różnych gruntów Polski zebrane
i zestawione na podstawie doświadczeń (tabl. 8).
79
Tablica 7. Spis dodatkowych wykresów [2]
Rodzaj
Sonda Odcięta Rzędna
podłoża
Presjometr z pomiarem przemieszczenia radialnego
Samowiercący Odkształcenie otworu dla każdego odcinka Zastosowane
Wszystkie
wciskany krzywej ciśnienie
Zastosowane
W otworze Wszystkie Odkształcenie otworu dla każdej pary odcinków
ciśnienie
Zastosowane
Początkowe odkształcenie otworu dla każdego
Samowiercący Wszystkie
ciśnienie
odcinka
Odkształcenie otworu dla cyklu odciążenie- Zastosowane
Wszystkie Wszystkie
ciśnienie
obciążenie dla każdego odcinka
Logarytm odkształcenia otworu dla każdego Zastosowane
Wszystkie Ił
odcinka ciśnienie
Logarytm naturalny
Logarytm naturalny bieżącego odkształcenia rzeczywistego
Wszystkie Piaski
otworu dla każdego odcinka zastosowanego
ciśnienia
Presjometr z pomiarem przemieszczenia objętościowego (z wyjątkiem MPM)*
Zastosowane
W otworze Wszystkie Zmiana objętości
ciśnienie
Zastosowane
W otworze Wszystkie Prędkość zmian objętościowych
ciśnienie
* dla badań MPM, ciśnienie jest wykreślane jako odcięta a zmiana objętości jako rzędna
Tablica 8. Zakres zmienności modułu presjometrycznego i naprężenia granicznego
dla warunków polskich [14]
Naprężenie
Moduł presjometryczny
Rodzaj gruntu graniczne
EM [MPa]
pLM [MPa]
2,5 � 28,0 * 0,2 � 1,8
Iły krakowieckie
12,3 1,1
2,0 � 20,0 0,1 � 1,8
Iły plioceńskie
9,8 0,8
3,0 � 36,0 0,2 � 2,0
Iły zastoiskowe czwartorzędowe
10,6 0,93
0,5 � 2,5 0,05 � 0,25
Mady
1,8 0,18
0,4 � 24,0 0,5 � 2,1
Pyły, pyły piaszczyste lodowcowe
14,6 1,31
3,0 � 32,0 0,4 � 2,8
Gliny zwałowe piaszczyste
12,7 1,4
0,2 � 1,24
2,0 � 21,0
Lessy
11,9
0,75
80
c.d. tablicy 8
Moduł Naprężenie
Rodzaj gruntu presjometryczny graniczne
EM [MPa] pLM [MPa]
3,6 � 28,0 0,4 � 2,4
Piaski pylaste
15,8 1,4
1,1 � 36,0 0,2 � 2,4
Piaski drobne
16,7 1,48
Niezależnie od 2,4 � 33,0 0,6 � 3,0
Piaski średnie
18,4 1,6
genezy
6,0 � 45,0 0,45 � 3,85
Żwiry, pospółki
22,1 1,95
0,2 � 5,6 0,2 � 0,7
Namuły
2,1 0,50
Ze względu na małą popularność i trudności techniczne poprawnego wykonania badania
(stabilność ścianek otworu) brak jest jeszcze dopracowanych zależności służących
wyznaczaniu parametrów. Dużą popularnością badania presjometryczne cieszą się we Francji
(kolebka metody), gdzie w oparciu o bogate doświadczenia są one wykorzystane do obliczeń
granicznej nośności gruntu, osiadania, określenia nośności osiowej i bocznej pali oraz do
wyznaczania parametrów wytrzymałościowych gruntu. Jako przykłady zastosowań poniżej
przedstawione zostały metody wykorzystujące badania presjometryczne w oparciu
o doświadczenia francuskie. Zastosowanie mają tu metody bezpośrednie i pół-empiryczne do
projektowania fundamentów, wykorzystujące bezpośrednio pomiary z badań polowych,
zamiast konwencjonalnych właściwości gruntu.
Przykłady zastosowań badań presjometrycznych:
" określanie nośność fundamentów bezpośrednich
Przy określaniu nośności fundamentów bezpośrednich wykorzystuje się metodę pół-
empiryczną według Menard a przedstawioną w PN-EN 1997-1 [1]. Poniżej podano przykład
metody obliczania oporu podłoża fundamentów bezpośrednich przy użyciu tej metody oraz
wyników badania z MPM. W tym przypadku jednostkowy opór podłoża jest obliczany na
podstawie wzoru [3.2d]:
R/A = ��0 + k(pLM  p0) (6)
gdzie:
R - opór podłoża pod fundamentem obciążonym pionowo;
A - efektywna powierzchnia podstawy zgodnie z definicją w EN 1997-1;
��0 - (początkowe) pionowe naprężenia całkowite w poziomie podstawy fundamentu;
pLM - reprezentatywna wartość gran. ciśnienia M�narda w podstawie fundamentu bezpośredniego;
p0 = [K0(��0- u) + u] przy K0 równym konwencjonalnie 0,5, ��0 pierwotne pionowe naprężenia
całkowite na badanym poziomie, a u ciśnienie porowe na badanym
poziomie;
k - współczynnik oporu podłoża podany w tabl. 9;
B  szer. fundamentu; L - długość fundamentu; De - zastępcze zagłębienie fundamentu.
81
Tablica 9. Korelacje do wyprowadzenia współczynnika oporu podłoża k,
dla fundamentów bezpośrednich [2]
Kategoria pLM
Rodzaj gruntu k
pLM [MPa]
A < 0,7 0,8[1 + 0,25(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
Ił i pył B 1,2  2,0 0,8[1 + 0,35(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
C >2,5
0,8[1 + 0,50(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
A < 0,5 [1 + 0,35(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
Piasek i żwir B 1,0-2,0 [1 + 0,50(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
C > 2,5
[1 + 0,80(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
Kreda 1,3[1 + 0,27(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
Margiel
[1 + 0,27(0,6 +0,4 B/L)�De/B]
i zwietrzała skała
Kąt tarcia wewnętrznego i wytrzymałość gruntu mogą być wyznaczone z badania SPB
przeprowadzonego w gruncie gruboziarnistym przy pomocy metod teoretycznych lub z badań
FDP i PBP przy wykorzystaniu korelacji empirycznych, ale tylko na podstawie lokalnego
doświadczenia.
" osiadanie fundamentów bezpośrednich
Osiadanie fundamentów bezpośrednich może być wyznaczone z badań MPM przy
zastosowaniu metody pół-empirycznej. W załączniku podano przykład metody obliczania
osiadania (s), fundamentów bezpośrednich opracowanej dla badań MPM [3.2d].
a
Ą# ń#
�# ś#
2B0 ś# d B ącB
ó# ź#
s = ( q - �� 0 )� � + Ą# (7)
ó#9E ś# B0 ź# 9Ec Ą#
d �# #
Ł# Ś#
gdzie:
B0 - szerokość odniesienia równa 0,6 m; B - szerokość fundamentu;
d, c - współczynniki kształtu podane w tabl. 10; ą - współcz. reologiczny podany w tabl.11;
Ec - ważona wartość EM bezpośrednio poniżej fundamentu;
Ed - średnia harmoniczna EM we wszystkich warstwach do głębokości 8�B poniżej fundamentu;
��0 - pierwotne pionowe naprężenia całkowite w poziomie podstawy fundamentu;
q - obliczeniowe naprężenie normalne działające na fundament.
Tablica 10. Współczynniki kształtu d, c do osiadania fundamentów bezpośrednich [2]
L/B Koło Kwadrat 2 3 5 20
1 1,12 1,53 1,78 2,14 2,65
d
1
c
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
W przypadku metody analitycznej, sztywność gruntu może być wyznaczona przy
wykorzystaniu modeli teoretycznych do interpretacji badania presjometrycznego, ale tylko na
podstawie doświadczenia lokalnego. Przykłady analitycznych metod podano w EN 1997-1
[1], w załączniku F.
82
Tablica 11. Korelacje do wyprowadzania współczynnika ą
dla fundamentów bezpośrednich [2]
Rodzaj gruntu Opis EM/pLM ą
Torf 1
Przekonsolidowany < 16 1
Ił Normalnie skonsolidowany 9 - 16 0,67
Przerobiony 7 - 9 0,5
Przekonsolidowany > 14 0,67
Pył
Normalnie skonsolidowany 5  14 0,5
0,5
> 12
Piasek -
5 - 12
0,33
0,33
> 10
Piasek i żwir -
6  10
0,25
Silnie spękana 0,33
Skała Nieprzeobrażona - 0,5
Zwietrzała 0,67
" określanie nośność pala
Graniczna nośność pali wciskanych może być wyprowadzona bezpośrednio z badań
presjometrycznych przeprowadzanych z kontrolowanym naprężeniem. Gdy graniczna
nośność pala wciskanego albo wyciąganego jest wyprowadzona pośrednio z wyników
badania presjometrycznego to można zastosować do wyprowadzenia wartości oporu
podstawy i pobocznicy pola metodę analityczną, pod warunkiem uzyskania doświadczenia
lokalnego.
Projektowanie pali na podstawie bezpośrednich parametrów uzyskanych z badań
polowych jest wykonywane najczęściej w oparciu o wyniki z sondowań CPT/CPTU. Przykład
podany w załączniku E normy [2] jest ciekawą alternatywą, wykorzystującą parametry
z badań presjometrycznych (patrz artykuł M. Świecy). Podane w tabelach współczynniki dla
różnego typu gruntów w tej metodzie wymagają jednak sprawdzenia w warunkach gruntów
polskich.
3.3. Badanie cylindrycznym dylatometrem sprężystym (FDT)
Badanie dylatometrem cylindrycznym polega na pomierzeniu w warunkach in situ
odkształcalności skały (badanie dylatometryczne dla skały - RDT) oraz gruntu (badanie
dylatometryczne dla gruntu - SDT) na podstawie pomiarów radialnego rozszerzenia odcinka
odwiertu przy znanym, równomiernym ciśnieniu radialnym przyłożonym za pomocą
cylindrycznej końcówki dylatometrycznej (rys. 8). Badanie polega na wprowadzeniu do
odwiertu sondy cylindrycznej, posiadającej zewnętrzną rozszerzalną sprężystą membranę,
i pomierzeniu, w wybranych przedziałach czasowych albo w sposób półciągły, radialnego
przemieszczenia odwiertu wywołanego znanym ciśnieniem radialnym.
Badanie RDT stosuje się głównie w miękkich i twardych utworach skalnych, podczas
gdy badanie SDT jest przeznaczone do wykonywania przede wszystkim w gruntach
plastycznych. Celem badania jest otrzymanie wykresów zmian odkształcalności wraz
z głębokością. Wyniki badań dylatometrem cylindrycznym mogą być wykorzystane do
wyznaczenia właściwości odkształceniowych i pełzania in situ dla nienaruszonej skały.
W skałach kruchych lub ilastych, oraz w utworach spękanych albo o małej nieciągłości, gdzie
83
pozyskiwanie rdzenia jest trudne lub niewystarczające do otrzymania reprezentatywnych prób
do badań laboratoryjnych, badanie dylatometrem cylindrycznym może być stosowane do
szybkiego rejestrowania wskaz
ników odwiertów i do porównań względnej odkształcalności
różnych warstw skalnych.
Rys. 8. Widok zestawu FDT [28]
W programie badań należy określić szczególne wymagania odnośnie do urządzeń, które
mają być użyte. Badania należy przeprowadzać i wyniki przedstawiać zgodnie z metodą
badawczą, która odpowiada wymaganiom EN ISO 22476-5 [8]. Interpretacja badań
dylatometrem cylindrycznym wymaga znajomości lub przyjęcia współczynnika Poissona (�)
dla gruntu lub skały.
W Polsce metoda ta jest mało znana i wykonywana dość rzadko. Doświadczenia
europejskie są również ograniczone i bazują na danych z badań presjometrycznych (jest to de
facto odmiana presjometru). Wyniki z badań dylatometrem cylindrycznym mogą być
wykorzystane do sprawdzenia granicznego stanu użytkowalności fundamentów
bezpośrednich na gruntach lub skałach, poprzez analizę odkształcenia. Podczas
przeprowadzania analizy odkształcenia, moduł sprężystości Younga może być przyjęty jako
równy modułowi dylatometrycznemu (EFDT) przy założeniu, że grunt lub skała jest liniowo
sprężysta i izotropowa. Gdy zastosowana jest pośrednia lub analityczna metoda
projektowania, parametry geotechniczne modułu ścinania należy wyprowadzać z krzywej
dylatometrycznej przy zastosowaniu metod odpowiednich dla określonego rodzaju badania.
3.4. Badanie sondą cylindryczną (SPT)
Badanie sondą cylindryczną polega na określenie oporu gruntu dla dynamicznie
zagłębianego próbnika w dnie otworu. Próbnik w postaci dzielonego cylindra (rys. 9) albo
pełnego stożka, pozwala również na otrzymanie prób gruntu do badań. Na tej podstawie
oprócz badań makroskopowych można dosyć dokładnie podać wartości gęstości
objętościowej i wilgotności. Próbnik jest zagłębiany w gruncie przez opuszczanie młota
o masie 63,5 kg na kowadło lub podbabnik z wysokości 760 mm. Podczas badania
rejestrowana jest liczba uderzeń (N) konieczna do osiągnięcia zagłębienia próbnika na
głębokość 300 mm (po jego zagłębieniu pod wpływem siły ciężkości i poniżej wymaganego
zagłębienia wstępnego).
Badania SPT wg normy [2] służą przede wszystkim do wyznaczenia właściwości
wytrzymałościowych i odkształceniowych gruntów gruboziarnistych (piaski, żwiry).
Istniejące metody projektowania fundamentów oparte na badaniu SPT mają charakter
empiryczny. Do otrzymania bardziej wiarygodnych wyników adaptowano metody powiązane
z rodzajem sprzętu.
84
Rys. 9. Schemat sondy SPT [20],
obok widok końcówki sondy SPT z wydobytym gruntem [18]
Należy zatem, rozważyć zastosowanie odpowiednich współczynników korekcyjnych do
interpretacji wyników (patrz EN ISO 22476-3 [6]). Jeśli wyniki mają być wykorzystane do
ilościowej oceny fundamentów albo do porównania, to musi być znany współczynnik energii
(Er) danego sprzętu. Er jest zdefiniowany jako stosunek rzeczywistej energii Emeas (energia
pomierzona podczas kalibracji) przekazanej przez układ udarowy do żerdzi poniżej kowadła
do energii teoretycznej (Etheor), obliczonej dla układu udarowego. Pomierzoną liczbę uderzeń
(N) należy odpowiednio skorygować (patrz EN ISO 22476-3 [6]). W piaskach, zaleca się
wziąć pod uwagę straty energii spowodowane długością żerdzi oraz wpływem efektywnego
nacisku nadkładu. Zaleca się uwzględniać inne poprawki, takie jak wpływ zastosowania rur
prowadnicowych albo pełnego stożka.
Ograniczeniem tej metody jest wykonywanie pomiarów wyłącznie w dnie otworów
wiertniczych. To znaczy, że rozpoznanie ciągłego profilu do głębokości kilkunastu i więcej
metrów wymaga każdorazowego podwiertu. Jest to zatem badanie bardzo czasochłonne, stąd
też dla tego coraz rzadziej stosowane w Polsce.
Przykłady zastosowań sondy SPT:
Są liczne dostępne dane (głównie dla piasków) w zastosowaniu tego badania, takie jak
ilościowe oszacowanie stopnia zagęszczenia, oporu podłoża i osiadania fundamentów. Jednak
uzyskane wyniki powinny być traktowane jedynie jako wstępne przybliżenie. Większość
istniejących metod oparta jest ciągle na nieskorygowanych lub częściowo poprawionych
wartościach. Nie ma zgodności na temat stosowania wyników badania SPT w gruntach
ilastych. W zasadzie powinno ono być ograniczone do jakościowej oceny profilu gruntowego
lub jakościowej oceny właściwości wytrzymałościowych gruntu. Wyniki badania SPT
niekiedy mogą być stosowane w sposób ilościowy w gruntach ilastych przy dobrze
rozpoznanych warunkach lokalnych, gdy są bezpośrednio skorelowane z innymi badaniami.
Przykładem może być oparta na doświadczeniach lokalnych tablica (tabl. 12) z normy [14],
gdzie podano zależność pomiędzy wartością stopnia plastyczności, a liczbą uderzeń sondy
SPT.
85
Tabela 12. Zależność między stanem gruntu spoistego i stopniem plastyczności
a liczbą uderzeń N30 sondy SPT [14]
Stan gruntu Stopień plastyczności (IL) Liczba uderzeń (N30)
Miękkoplastyczny 0,50 Plastyczny 0,25 < IL < 0,50 4 - 8
Twardoplastyczny 0 < IL d" 0,25 8 - 15
Półzwarty 15 - 30
IL d" 0
Zwarty > 30
IL < 0
" opór podłoża fundamentów bezpośrednich w piaskach
Jeśli do obliczenia oporu podłoża zastosowano metodę analityczną, to efektywny kąt
tarcia wewnętrznego (Ć ) może być określony na podstawie wyników badania SPT. Wartość
Ć może być wyprowadzona empirycznie z:
- bezpośrednich korelacji z wynikami badania SPT;
- korelacji ze stopniem zagęszczenia, gdy stopień zagęszczenia jest wyprowadzony
z wyników badania SPT.
Zależności przedstawione w załączniku mogą być stosowane do wyznaczenia stopnia
zagęszczenia ID albo na podstawie N60 albo (N1)60. Opór piasku na odkształcenie często jest
większy w przypadku dłuższego okresu konsolidacji. Efekt  starzenia znajduje
odzwierciedlenie w większej liczbie uderzeń i powinno to być uwzględniane. Również
przekonsolidowanie powinno być brane pod uwagę, ponieważ zwiększa ono liczbę uderzeń
dla tych samych wartości ID i � v0.
Przykłady korelacji pomiędzy liczbą uderzeń a stopniem zagęszczenia podano poniżej
[3.3d]. Zależność pomiędzy liczbą uderzeń (N60), stopniem zagęszczenia ID, a pierwotnym
naprężeniem efektywnym � �;0 (kPa�10-2) w badanym piasku może być przedstawiona
w postaci wyrażenia:
N60
2
= a + b �"�� 0 (9)
2
ID
Parametry a i b w normalnie skonsolidowanych piaskach są prawie stałe dla 0,35 < ID < 0,85
oraz 0,5 < � �;0 < 2,5 [kPa]. W przypadku normalnie skonsolidowanych piasków, ustaloną
korelację między znormalizowaną liczbą uderzeń (N1)60, a ID przedstawiono w tabl. 13.
Tablica 13. Korelacja między znormalizowaną liczba uderzeń (N1)60
a stopniem zagęszczenia ID [2]
Średnio- Bardzo
Bardzo luz
ny Luz
ny Zagęszczony
zagęszczony zagęszczony
(N1)60 0  3 3  8 8  25 25  42 42  58
ID 0 - 15% 15 - 35% 35 - 65% 65 - 85% 85 - 100%
Dla ID > 0,35 odpowiada to wartości (N1)60/ID2 E" 60. W przypadku piasków drobnych,
wartości N zaleca się redukować w stosunku 55:60, a dla piasków grubych zwiększyć
w stosunku 65:60. Opór piasku na odkształcenia jest tym większy, im dłuższy jest okres
konsolidacji. Efekt  starzenia znajduje odbicie w postaci większej liczby uderzeń i powoduje
zwiększenie parametru a. Typowe wyniki dla normalnie skonsolidowanych drobnych piasków
podano w tabl. 14.
86
Tablica 14. Efekt starzenia w normalnie skonsolidowanych piaskach drobnych [2]
Wiek
(N1)60/ID2
(lata)
Badania laboratoryjne 10-2 35
Świeże nasypy i zasypki 10 40
Złoża naturalne > 102 55
Przekonsolidowanie zwiększa współczynnik b poprzez mnożnik:
1+ 2 � K0
(10)
1+ 2 � KONC
gdzie:
K0 i KONC to stosunek poziomych i pionowych naprężeń efektywnych odpowiednio dla piasków
przekonsolidowanych i normalnie skonsolidowanych.
Wszystkie wymienione powyżej korelacje zostały ustalone przede wszystkim dla
piasków kwarcowych. Wykorzystanie ich w piaskach bardziej podatnych na kruszenie
i ściśliwych, takich, jak piaski wapienne, a nawet piaski kwarcowe zawierające trudną do
pominięcia ilość frakcji drobnej, mogą prowadzić do niedoszacowania ID.
Analizując krzywe korelacyjne (rys. 10) oceny stopnia zagęszczenia na podstawie badań
SPT należy zauważyć, że zależność z normy [2] podana wg tablicy 16, uwzględniająca straty
energii jest o ok. 43% bardziej ostrożna w dolnym zakresie stopnia zagęszczenia w stosunku
do krzywej podanej za normą [14]. Różnica zmniejsza się w górnym zakresie zagęszczenia
i wyrównuje na poziomie ID ~ 0,8.
1  zależność wg PN-B-04452 [16] dla piasków drobno-, średnio- i gruboziarnistych;
2  zależność wg PN-EN 1997-2 [2] dla piasków normalnie skonsolidowanych.
Rys. 10. Porównanie zależność stopnia zagęszczenia ID od liczby uderzeń N30 (krzywa 1)
wg [14] i (N1)60 (krzywa 2) wg [2]
Tablica 15 stanowi przykład, który można wykorzystać do wyprowadzania wartości
efektywnego kąta tarcia wewnętrznego piasków kwarcowych, � , na podstawie stopnia
zagęszczenia (ID). Na wartości � wpływa również stopień obtoczenia ziaren oraz poziom
naprężeń [3.3e].
87
W załączniku niektóre korelacje są przedstawione w taki sposób, że zarówno efekt
starzenia jak i przekonsolidowania mogą być uwzględnione. Podczas wprowadzania
poprawek na efekty przekonsolidowania i starzenia się, wyprowadzone wartości wynikowe
Ć , określone np. przy wykorzystaniu stopnia zagęszczenia z korelacji w tabl. 15 mogą
znajdować się po stronie bezpiecznej.
Tablica 15. Korelacja pomiędzy stopniem zagęszczenia (ID), a efektywnym kątem tarcia
wewnętrznego piasków kwarcowych,(� ), w stopniach [2]
Drobne Średnie Grube
Stopień
zagęszczenia
Dobrze Dobrze Dobrze
Jednorodne Jednorodne Jednorodne
uziarnione uziarnione uziarnione
ID [%]
40 34 36 36 38 38 41
60 36 38 38 41 41 43
80 39 41 41 43 43 44
100 42 43 43 44 44 46
" osiadanie fundamentów bezpośrednich w piaskach
Dla liniowo-sprężystej metody projektowania, moduł sprężystości Younga (E ) może
być wyprowadzony z wartości N poprzez korelacje empiryczne. Zamiennie, stopień
zagęszczenia może być wyprowadzony w oparciu o wartość N60. Wówczas może być
stosowana właściwa (oparta na doświadczeniach lokalnych) korelacja do otrzymania E
w zależności od stopnia zagęszczenia.
Bezpośrednie metody projektowania opierają się na porównaniach wartości N i wyników
badań z obciążenia płytą albo wartości pomierzonych osiadań fundamentów. Odpowiednie
procedury uwzględniające szerokość podstawy fundamentu, jego zagłębienia w gruncie
i położenia zwierciadła wody gruntowej pozwalają na uzyskanie dopuszczalnej nośność przy
maksymalnym osiadaniu 25 mm lub osiadanie odpowiadające danemu przyłożonemu
naciskowi. Poniżej podano przykład met. obliczania osiadania fundamentów bezpośrednich
wg [3.3a]. Jest to przykład metody empirycznej obliczania osiadania fundamentów
bezpośrednich w gruntach niespoistych. Osiadania od naprężeń mniejszych od naprężenia
prekonsolidacyjnego przyjmowane są jako 1/3 osiadań odpowiadających piaskom normalnie
skonsolidowanym. Osiadanie natychmiastowe si [mm], dla kwadratowego fundamentu
o szerokości B [m], w przypadku q e" � p, dla przekonsolidowanego piasku można zapisać
równaniem:
Icc 2 2
2
si = � � B0 ,7 � + ( q -� )� B0,7 � Icc (11)
p p
3
gdzie:
� p - pierwotne maksymalne naprężenie od nadkładu, w kPa;
q - średnie efektywne naprężenia pod fundamentem, w kPa;
Icc = ąf/B0,7 ; ąf - ściśliwość podłoża pod fundamentem, "si/"q', w mm/kPa.
Jeżeli q d" � p wówczas równanie ma postać:
Icc
2
si = � � B0 ,7 � (12)
p
3
W przypadku piasków normalnie skonsolidowanych:
si = (q - � p) � B0,7 � Icc (13)
88
Z analizy regresji zarejestrowanych osiadań otrzymuje się wyrażenie:
1,4
Icc = 1,71 / N (14)
gdzie:
N - średnia liczba uderzeń z badania SPT powyżej głębokości wpływu fundamentu.
Błąd standardowy wartości ąf waha się w granicach od około 1,5 dla N większego od
25, do 1,8 dla N mniejszego od około 10. Ze względu na ciśnienie nadkładu, dla tej metody
empirycznej nie zaleca się korygować wartości N. Nie ma też żadnych wzmianek dotyczących
współczynnika energii (Er) odpowiadającego wartościom N. Przypuszczalnie, wpływ
zwierciadła wody uwidoczni się już w pomierzonej liczbie uderzeń, jednak w przypadku
piasków drobnych i pylastych poniżej zwierciadła wody należy zastosować poprawkę
N = 15 + 0,5�(N  15) jeżeli N >15. W przypadkach odnoszących się do żwirów albo
pospółek, liczba uderzeń SPT powinna być zwiększona poprzez współczynnik około 1,25.
Wartość N określa się jako średnią arytmetyczna pomierzonych wartości N w zakresie
0,75
głębokości wpływu, zI = B , gdzie odkształcenie podłoża stanowi 75% osiadania dla
przypadków, gdy N zwiększa się lub pozostaje stałe wraz z głębokością. Tam, gdzie N
wykazuje regularny spadek wraz z głębokością, głębokość wpływu przyjmowana jest jako 2B
lub do spągu warstwy słabej, w zależności od tego, która wartość jest mniejsza. Ze względu
na kształt fundamentu, określany stosunkiem jego długości do szerokości (L/B), zaleca się
stosować współczynnik korekcyjny fs:
2
L
Ą# ń#
1,25 �
ó# Ą#
B
fS = (15)
ó# Ą#
L
ó# Ą#
+ 0,25
Ł# B Ś#
Wartość fs zmierza do 1,56 kiedy L/B dąży do nieskończoności. Jeżeli D/B < 3 nie ma
konieczności stosowania współczynnika korekcyjnego ze względu na głębokość (D).
Fundamenty w piaskach i żwirach wykazują istnienie osiadań zależnych od czasu. Do
osiadań natychmiastowych powinien być stosowany współcz. poprawkowy ft, wyrażający się
wzorem:
ft = (1 + R3 + Rt lg t/3) (16)
gdzie:
ft  współczynnik poprawkowy dla czasu t e" 3 lata,
R3  współczynnik zależny od czasu dla osiadania, które zachodzi podczas pierwszych 3 lat po
wybudowaniu,
Rt  współczynnik zależny od czasu dla osiadania, które zachodzi w logarytmicznej skali 3 letnich
cykli czasu.
W przypadku obciążeń statycznych, leżące po stronie bezpiecznej wartości R3 i Rt
wynoszą odpowiednio 0,3 i 0,2. Zatem dla t = 30 lat, ft = 1,5. W przypadku obciążeń
zmiennych (wysokie kominy, mosty, silosy, turbiny itp.) wartości R3 i Rt wynoszą
odpowiednio 0,7 i 0,8, tak więc dla t = 30 lat, ft = 2,5.
" nośność graniczna pala w piasku
Jeśli graniczna nośność pali wciskanych lub wyciąganych wyprowadzona jest z wyników
badania SPT zgodnie z PN-EN 1997-1 [1], należy zastosować zasady obliczeń oparte na
określonych lokalnie korelacjach między wynikami badania statycznego obciążenia próbnego,
a wynikami badania SPT.
89
3.5. Badanie sondą dynamiczną (DP)
Celem sondowania dynamicznego jest wyznaczenie oporu gruntu na dynamiczne
zagłębianie stożka. Do zagłębiania stożka używany jest młot o danej masie i wysokości
spadania. Opór zagłębiania jest zdefiniowany jako liczba uderzeń wymagana do uzyskania
określonego wpędu sondy. Należy zapewnić ciągły zapis wyników na całej głębokości.
W trakcie sondowania nie pobiera się prób. Wyniki badania powinny być wykorzystane do
wyznaczenia profilu gruntu łącznie z wynikami z wierceń i wykopów, lub jako względne
porównanie z wynikami innych badań in situ. Wyniki mogą również być wykorzystane do
wyznaczenia własności wytrzymałościowych i odkształceniowych gruntu gruboziarnistego,
ale jest również możliwe określenie zależności dla drobnoziarnistych gruntów, poprzez
odpowiednie korelacje. Wyniki mogą być również wykorzystane do wykrycia występowania
warstw bardzo zagęszczonych pozwalających ustalić długość pali przenoszących obciążenie
podstawą. W programie badań, oprócz wymagań podanych w normie PN-EN 1997-2 [2],
należy ustalić rodzaj wymaganego badania DP zgodnie z EN ISO 22476-2 [5]. Zgodnie z EN
ISO 22476-2 mamy pięć następujących procedur, obejmujących szeroki zakres energii
przekazywanej przez jedno uderzenie:
- lekkie sondowanie dynamiczne  DPL: sonda o najmniejszej masie.
Liczba uderzeń: N10L
- średnie sondowanie dynamiczne  (DPM): sonda o średniej masie.
Liczba uderzeń: N10M
- ciężkie sondowanie dynamiczne  (DPH): sonda o masie średniej do bardzo ciężkiej.
Liczba uderzeń: N10H
- super ciężkie sondowanie dynamiczne  (DPSH-A i DPSH-B): największa masa
sondy zbliżona do SPT. Liczba uderzeń: N10SA, N20SA, N10SB lub N20SB.
Każde odstępstwo od wymagań podanych w EN ISO należy uzasadnić,
a w szczególności należy skomentować jego wpływ na wyniki badania. Odstępstwa istnieją
w odniesieniu do:
- wysokości opadania i masy młota;
- wymiarów stożka, np. powierzchnia 10 cm2 dla stożka DPM, zamiast 15 cm2 jak to
jest podane w EN ISO 22476-2:2005 [5].
Norma dopuszcza również w miejscach o szczególnie trudnym dostępie, możliwość
użycia lżejszego sprzętu i procedur innych niż określone w EN ISO 22476-2 [5]. W ocenie
wyników badania należy uwzględnić wpływ warunków geotechnicznych i sprzętu na opór
zagłębiania zgodnie z EN ISO 22476-2 [5].
Sondowania dynamiczne umożliwiają charakteryzowanie podłoża gruntowego w sposób
ciągły. W praktyce do oceny stopnia zagęszczenia wykorzystywane są najczęściej sondy DPL
 łatwość użycia, oraz sonda DPSH ze względu na swój duży zasięg i możliwości badania
gruntów zagęszczonych. Dotychczasowa interpretacja badań dynamicznych oparta o normę
[16], zharmonizowaną z draftem normy europejskiej zawiera zależności uzyskane z polskich
doświadczeń z lat 1974-2000. W miarę zdobywania doświadczeń i stosowania
udoskonalonych (zautomatyzowanych) sond zmieniły się sposoby interpretacji wyników.
Znalazło to wyraz w nowych normach w tym PN-EN 1997-2 [2].
Dla gruntu gruboziarnistego (niespoistego) możliwe jest otrzymanie korelacji z niektórymi
parametrami geotechnicznymi i innymi badaniami. Na podstawie stopnia zagęszczenia ID
możliwe jest (na podstawie różnych korelacji) określenie podstawowych parametrów
geotechnicznych takich jak: gęstość objętościowa, kąt tarcia wewnętrznego, moduł
odkształcenia pierwotnego i moduł ściśliwości pierwotnej. Korelacje te mogą być
90
wykorzystane w ocenie ilościowej do projektu fundamentów, pod warunkiem, że tarcie
wzdłuż żerdzi jest pomijalne albo należycie skorygowane.
Dla gruntu drobnoziarnistego (spoistego) ilościowe wykorzystanie wyników powinno
być stosowane jedynie w znanych warunkach i uzasadnione opracowanymi korelacjami.
Tarcie na pobocznicy żerdzi podczas badania gruntów drobnoziarnistych jest czynnikiem
decydującym i powinno być poprawnie uwzględniane.
Przykłady zastosowań sond dynamicznych:
Ustalono kilka korelacji pomiędzy poszczególnymi sondowaniami dynamicznymi, a innymi
badaniami lub parametrami geotechnicznymi. W niektórych przypadkach tarcie na pobocznicy
żerdzi zostało wyeliminowane lub skorygowane, ale rzeczywista energia przekazana na sondy
nie została pomierzona. Zatem generalnie nie mogą one być uważane za wiążące. Korelacje
podane w załączniku powinny być uważane jako ostrożne oszacowanie.
" korelacje między liczbą uderzeń a stopniem zagęszczenia
Są to przykłady zależności stopnia zagęszczenia ustalonego na podstawienie badania
sondą dynamiczną DP dla różnych wartości współczynnika jednorodności (CU) (zakres
ważności 3d" N10 d" 50) [3.4h]:
- z
le uziarniony piasek (CU d" 3) powyżej zwierciadła wody gruntowej
ID = 0,15 + 0,260 lg N10L (DPL) (17)
ID = 0,10 + 0,435 lg N10H (DPH) (18)
- z
le uziarniony piasek (CU d" 3) poniżej zwierciadła wody gruntowej
ID = 0,21 + 0,230 lg N10L (DPL) (19)
ID = 0,23 + 0,380 lg N10H (DPH) (20)
- dobrze uziarniona pospółka (CU d" 6) powyżej zwierciadła wody gruntowej
ID = -0,14 + 0,550 lg N10H (DPH) (21)
Dotychczasowe zależności odnosiły się gruntów o wskaz
niku różnoziarnistości
CU (U) > 3. Zależności podane w normie [2] stanowią uzupełnienie dotychczasowej
interpretacji mając na uwadze grunty piaszczyste  z
le uziarnione tj. o wskaz
niku
różnoziarnistości CU d" 3 (rys. 11). Z tego względu wszystkie podane zależności powinny być
włączone do załącznika krajowego.
91
 1a - DPL (CU >3) wg PN-B-04452; 2a - DPH (CU >3) - wg PN-B-04452;
1b - DPL (CU d" 3, bez wody) wg PN-EN 1997-2; 2b - DPH (CU d" 3, bez wody) wg PN-EN 1997-2;
1c - DPL (CU d" 3, z wodą) wg PN-EN 1997-2; 2c - DPH (CU d" 3, z wodą) wg PN-EN 1997-2;
2d - DPH (CU d" 6, bez wody) wg PN-EN 1997-2
Rys. 11. Porównanie interpretacji wyników sondowań dynamicznych dla sond DPL i DPH
wg dotychczasowej normy [14] i załącznika z PN-EN 1997-2 [2]
" korelacja między efektywnym kątem tarcia wewnętrznego a stopniem zagęszczenia
Przy zastosowaniu analitycznej metody szacowania nośności fundamentów
bezpośrednich, kąt tarcia wewnętrznego (Ć ) dla gruntu gruboziarnistego może być
wyznaczony na podstawie korelacji z liczby uderzeń i z odpowiadającego tym uderzeniom
stopnia zagęszczenia (ID). Tablica 16 zawiera przykład zależność określania efektywnego kąta
tarcia wewnętrznego (� ) na podstawie stopnia zagęszczenia (ID) do obliczania nośności
gruntów niespoistych wg norm niemieckich DIN [3.4e].
Tablica 16. Efektywny kąt tarcia wewnętrznego (� ) gruntów niespoistych jako funkcja
stopnia zagęszczenia (ID) oraz współczynnika jednorodności (CU) [2]
Efektywny kąt
Zakres stopnia zagęszczenia
tarcia
Rodzaj gruntu Uziarnienie
wewnętrznego
ID [%]
� [�]
15-35 (luz
ny) 30
Piasek z niewielką Żle
ilością frakcji drobnej, uziarniony
35-65 (średniozagęszczony) 32,5
piasek, pospółka (CU d" 6)
>65 (zagęszczony) 35
15-35 (luz
ny) 30
Dobrze
Piasek, pospółka, żwir uziarniony
35-65 (średniozagęszczony) 34
(6 d" CU d" 15)
>65 (zagęszczony) 38
" określanie edometrycznego modułu ściśliwości w zależności od naprężeń na podstawie
wyników badań DP
Jeśli do obliczania osiadania fundamentów bezpośrednich, stosowana jest metoda
liniowej sprężystości to może być wykorzystany moduł edometryczny (Eoed) wyprowadzony
z liczby uderzeń. Zależność poniżej [3.4h], [3.4b] dotyczy wyprowadzenia edometrycznego
modułu ściśliwości (Eoed) w zależności od naprężeń pionowych:
92
w2
�# 2 2 ś#
ś#�� + 0,5"�� ź#
Eoed = w1 �" paś# 0 (22)
pa ź#
�# #
gdzie:
w1 - współczynnik sztywności, w2 - wykładnik sztywności:
dla piasków o współczynniku jednorodności CU d" 3; w2 = 0,5;
dla iłów nisko plastycznych (Ip d" 10; wL d" 35); w2 = 0,6;
� � - efektywne naprężenia pionowe w podstawie fundamentu albo na dowolnej głębokości poniżej,
spowodowane nadkładem gruntu;
"� � - efektywne naprężenia pionowe w podstawie fundamentu albo na dowolnej głębokości
poniżej spowodowane obciążeniem konstrukcji;
pa - ciśnienie atmosferyczne; Ip - wskaz
nik plastyczności; wL - granica płynności.
Wartości współczynnika sztywności (w1) mogą być określone na podstawie badań DP na
przykład w zależności od rodzaju gruntu przy zastosowaniu następujących równań:
- z
le uziarnione piaski (CU d" 3) powyżej zwierciadła wody gruntowej
w1 = 214 lg N10L + 71 (DPL; przedział ważności: 4 d" N10L d" 50)
w1 = 249 lg N10H + 161 (DPH; przedział ważności: 3 d" N10H d" 10)
- iły mało plastyczne o konsystencji co najmniej zwartej (0,75 d" �Ic d" �1,30) i powyżej
zwierciadła wody gruntowej (Ic jest wskaz
nikiem konsystencji)
w1 = 4N10L + 30 (DPL; zakres ważności: 6 d" N10L d" 19)
w1 = 6N10H + 50 (DPH; zakres ważności: 3 d" N1H d" 13)
Wartości modułów wyznaczone w ten sposób wymagają badań sprawdzających
i weryfikacji podanych wzorów. Dla gruntów polskich autor zna przykłady, gdzie wartości
wyznaczone poprzez powyższe zależności było o 40  50% niższe od wartości modułów
ustalonych pośrednio poprzez parametr wiodący ID metodą B z normy PN-81/B-03020 [25].
W przypadku braku informacji z doświadczeń lokalnych można przyjąć, że parametry
wyprowadzone w ten sposób stanowią bardzo ostrożne oszacowanie.
" korelacja między oporem zagłębiania stożka a liczbą uderzeń
Stosując do obliczeń ustalone korelacje pomiędzy nośnością pala wciskanego (określane
na podstawie statycznego próbnego obciążenia pala) i oporem stożka na wciskanie (qc)
w gruboziarnistym gruncie wartość qc może być oszacowana na podstawie wartości N10 lub
N20 przy użyciu zależności wg rys.12 [3.4.h], [3.4d].
Objaśnienia:
1 - z
le uziarniony piasek powyżej zwierciadła
wody gruntowej,
2 - z
le uziarniony piasek poniżej zwierciadła
wody gruntowej,
3 - dobrze uziarniony piasek i żwir powyżej
zwierciadła wody gruntowej,
4 - dobrze uziarniony piasek i żwir poniżej
zwierciadła wody gruntowej.
(x) - liczba uderzeń
(y) - opór zagłębiania stożka (qc),
Rys. 12. Przykład korelacji między liczbą uderzeń N10H a oporem zagłębiania stożka (qc) dla
z
le uziarnionych piasków i dobrze uziarnionych pospółek [2]
93
Jest to propozycja oszacowania oporu zagłębiania stożka (qc) w piaskach i w pospółkach
na podstawie wyników badania sondą dynamiczną DPH, dla wyprowadzenia nośności
granicznej pali na podstawie korelacji ustalonych w oparciu o wyniki statycznego obciążenia
pala.
" korelacje między liczbą uderzeń różnych sond dynamicznych
Istnieje również możliwość przeliczania uderzeń pomiędzy poszczególnymi typami sond
w oparciu o ustalone zależności. Przykład takich korelacji pomiędzy liczbą uderzeń N10L
z badania sondą dynamiczną DPL oraz liczą uderzeń N10H z badania sondą dynamiczną DPH
dla z
le uziarnionych piasków (CU < 3) powyżej zwierciadła wody gruntowej podaje [3.4h],
[3.4b], [3.4d]:
a) Dane wejściowe: wyniki badania DPH;
N10L = 3 N10H;
Przedział ważności: 3 d" N10H d" 20.
b) Dane wejściowe: wyniki badania DPL;
N10H = 0,34 N10L;
Przedział ważności: 3 d" N10L d" 50.
Dla warunków polskich istnieją badania dotyczące możliwości porównywania wyników
uzyskiwanych z poszczególnych sond dynamicznych, szczególnie dobrze skalibrowane (duża
liczba oznaczeń) są zależności podane w pracy Frankowskiego (1997) [26].
3.6. Badanie sondą wkręcaną (WST)
Celem badania sondą wkręcaną WST jest wyznaczenie oporu gruntu in situ na statyczne
i/lub obrotowe zagłębianie końcówki w kształcie śruby (rys.13). Badanie sondą wkręcaną
WST należy wykonywać jako statyczne sondowanie w słabych gruntach, jeśli opór
zagłębiania jest mniejszy niż 1 kN. Jeśli opór przekracza 1 kN, sondę należy obracać, ręcznie
lub mechanicznie, i rejestrować liczbę półobrotów przy określonym zagłębianiu. Należy
rejestrować przebieg badania w całym przebiegu. Próby gruntu nie są pobierane. Więcej
informacji na temat procedury, przedstawienia i oceny badania WST można znalez
ć w CEN
ISO TS 22476-10 [3.5a].
Rys. 13. Schemat sondy wkręcanej WST [20] oraz szczegółowy widok końcówki sondy [14]
94
Badanie sondą wkręcaną wykorzystywane są do ustalania ciągłego profilu gruntu
i ustalania następstwa warstw. Zagłębienie sondy jest możliwe w niektórych przypadkach
nawet w zwartych iłach i zagęszczonych piaskach. Badanie sondą WST może być
wykorzystane również do oceny stopnia zagęszczenia gruntu gruboziarnistego. Inne
zastosowanie to np. wykorzystanie do wyznaczenia głębokości warstw bardzo zagęszczonego
gruntu, pozwalając ustalić długość pali przenoszących obciążenie podstawą.
Na ocenę wyników mogą wpływać następujące czynniki:
- zmienność oporu wraz z głębokością może zależeć od zmian następstwa warstw gruntu;
- w iłach o konsystencji od płynnej do plastycznej opór jest często mniejszy niż 1 kN, albo
w przybliżeniu stały i mniejszy niż 10 półobrotów na 0,2 m zagłębienia;
- ponieważ wrażliwość iłu również wpływa na opór zagłębiania, wytrzymałość iłu nie może
być wyznaczona bezpośrednio z oporu zagłębiania bez kalibracji dla każdego punktu;
- w bardzo luz
nych i luz
nych osadach pylastych i piaszczystych otrzymuje się raczej niskie
i stałe wartości oporu zagłębiania;
- w średnio zagęszczonych i zagęszczonych pyłach i drobnoziarnistych piaskach, otrzymuje
się wyższe (10 do 30 półobrotów na 0,2 m zagłębienia) opory, które pozostają
- w przybliżeniu stałe wraz z głębokością;
- w warstwach piasku i żwiru, zmiana w oporze zagłębiania wzrasta wraz
z wielkością ziarna;
- w piaskach pylastych i żwirze gruboziarnistym, wysoki opór zagłębiania nie zawsze
odpowiada większemu zagęszczeniu lub lepszym właściwościom wytrzymałościowym
i odkształceniowym.
Gdy nośność podłoża albo osiadanie fundamentów bezpośrednich są wyprowadzane
z wyników badania sondą wkręcaną, należy zastosować analityczną metodę projektowania.
Jeśli zastosuje się metodę analityczną do nośności podłoża, kąt tarcia wewnętrznego Ć może
być wyznaczony z korelacji. Stosowane korelacje powinny opierać się na porównywalnym
doświadczeniu związanym z danym projektem.
Przykłady zastosowań sondy wkręcanej:
W załączniku przedstawiono przykład korelacji, wyprowadzonej dla piasków
kwarcowych i skaleniowych w regionie europejskim (oszacowane na podstawie badania
sondą wkręcaną w Szwecji).
" określania efektywnego kąta tarcia wewnętrznego i modułu sprężystości na podstawie
badań sondą wkręcaną
Załącznik podaje przykładowe wartości kąta tarcia wewnętrznego (Ć') i modułu
sprężystości Younga z możliwością odpływu (E ) wyprowadzone z badań sondą wkręcaną
w oparciu o szwedzkie doświadczenia. Przykład ten wiąże średnią wartość odporu sondy
wkręcanej ze średnimi wartościami Ć' oraz E' (tab. 17).
Norma dotychczasowa PN-B-04452:2002 [14] w załączniku podaje zależności do
oszacowania stopnia zagęszczenia na podstawie wyników z sondy WST dla piasków drobno ,
średnio i gruboziarnistych. W stosunku do zakresów półobrotów dla poszczególnych
przedziałów stopnia zagęszczenia podanych w tablicy 20 są to nieznaczne różnice  odrobinę
ostrożniejsze.
Jeśli przy wyprowadzaniu wartości parametrów dostępne są jedynie wyniki badania
sondą wkręcaną to zaleca się wybrać niższe z wartości kąta tarcia wewnętrznego oraz modułu
Younga z podanych w tabl. 17. Podczas oceny wykresów oporu sondy wkręcanej pojedyncze
wysokie wartości spowodowane np.: przez kamienie lub otoczaki, należy pominąć. Takie
wysokie wartości są często spotykane w badaniach sondą wkręcaną zwłaszcza w żwirach.
95
Jeśli do obliczenia osiadania fundamentów bezpośrednich na podstawie wyników
badania sondą wkręcaną zastosowano uproszczoną metodę ośrodka sprężystego, to moduł
sprężystości Younga (długoterminowy) z odpływem (E ) może być wyznaczony na podstawie
oporu zagłębiania sondy wkręcanej w oparciu o doświadczenie lokalne.
Tablica 17. Wartości efektywnego kąta tarcia wewnętrznego (Ć') oraz modułu sprężystości
Younga z odpływem (E ) dla piasków kwarcowych i skaleniowych [2]
Efektywny kąt
Opór sondy Moduł sprężystości
tarcia
wkręcaneja Younga z odpływemc
Stopień zagęszczenia
wewnętrznegob
półobroty / 0,2 m E' [MPa]
Ć' [o]
Bardzo luz
ny 0 10 29 32 <10
Luz
ny 10 30 32 35 10 20
Średnio zagęszczony 30 50 35 37 20 30
Zagęszczony 40 90 37 40 30 60
Bardzo zagęszczony >80 40 42 60 90
a Przed określeniem względnego zagęszczenia, odpór sondy wkręcanej w gruntach pylastych
zaleca się podzielić przez 1,3.
b Podane wartości są ważne dla piasków. W gruntach pylastych zaleca się odjąć 3�.
W żwirach można dodać 2�.
c E' jest aproksymacją siecznego modułu zależnego od naprężenia i czasu. Wartości podane dla
modułu z odpływem odnoszą się do osiadania po 10 latach. Są one uzyskane przy założeniu,
że rozkład naprężeń pionowych określony jest w przybliżeniu nachyleniem 2:1. Ponadto
niektóre doświadczenia wskazują, iż te wartości mogą być 50% niższe dla gruntów pylastych
oraz 50% wyższe w gruntach żwirowych. W przekonsolidowanych gruntach gruboziarnistych
moduł może być znacznie wyższy. Podczas obliczania wartości osiadania od naprężenia w
podłożu większego niż 2/3 obliczeniowego naprężenia w stanie granicznym, moduł zaleca się
ustalić w połowie wartości podanej w tablicy.
" inne zastosowania
W gruncie gruboziarnistym, opór zagłębiania sondy wkręcanej może również być
zastosowany do bezpośredniej oceny nośności fundamentów bezpośrednich i pali. W gruncie
drobnoziarnistym, opór zagłębiania sondy wkręcanej może być wykorzystany do oszacowania
wytrzymałości gruntu na ścinanie w warunkach bez odpływu, w oparciu o doświadczenia
lokalne, biorąc pod uwagę wrażliwość gruntu i warunki wodne w otworze.
3.7. Badanie polową sondą krzyżakową (FVT)
Badania polową sondą obrotową krzyżakową polega na pomiarze oporu przy obrocie
krzyżakowej końcówki umieszczonej w podłożu. Podczas sondowania sondą FVT wykonuje
się pomiaru oporu ścinania gruntu po powierzchni walcowej, utworzonej przez końcówkę
krzyżakową znormalizowanych rozmiarów (rys. 14). Badanie tą sondą stosuje się głównie dla
gruntów słabych oraz organicznych w celu określenia wytrzymałości na ścinanie
w warunkach bez odpływu oraz określenia wrażliwości strukturalnej. Poprzez wielokrotne
ścięcie można również określać wytrzymałość rezydualną. Wykonywana jest na powierzchni
i w otworach (odbiór dna wykopu) Zagłębiana poprzez wciśnięcie w grunt, niekiedy wbijana
(w Polsce sonda SLVT). Badanie polową sondą FVT przeprowadza się przy użyciu
prostokątnego krzyżaka, składającego się z czterech skrzydełek zamocowanych pod kątem
900 względem siebie, wciśniętego do gruntu na wymaganą głębokość i obracanego. Badanie
to w szczególnych przypadkach (zachowanie ostrożności przy wbijaniu i obracaniu) może być
również wykorzystane do wyznaczenia wytrzymałości gruntu na ścinanie w warunkach bez
odpływu w zwartych iłach, pyłach i glinach polodowcowych. Wiarygodność wyników
96
badania zależy od rodzaju gruntu. Badania należy przeprowadzić, a wyniki przedstawić
zgodnie z wymaganiami podanymi w EN ISO 22476-9 [11]. W przypadkach bardzo słabych,
czy wrażliwych gruntów można zastosować końcówki o większej powierzchni ścięcia, pod
warunkiem uwzględnienia tego odstępstwa przy opracowaniu wyników (przeliczenie oporu).
Każde odstępstwo od wymagań podanych w EN ISO 22476-9 [11] należy uzasadnić,
a w szczególności należy skomentować jego wpływ na wyniki badania. Wyniki innych badań
terenowych, tj. badań CPT, SPT, WST lub DP, jeśli były wykonywane, powinny być również
wzięte pod uwagę.
Rys. 14. Schemat końcówki krzyżakowej sondy FVT [14]
Przykłady zastosowań sondy FVT:
Jeśli nośność fundamentów bezpośrednich, nośność graniczna pali wciskanych lub
wyciąganych albo stateczność zboczy zostały określone na podstawie wyników badania sondą
obrotową, należy zastosować analityczną metodę projektowania.
" określanie wytrzymałości gruntu na ścinanie w warunkach bez odpływu
W celu otrzymania wartości wyprowadzonych wytrzymałości gruntu na ścinanie
w warunkach bez odpływu na podstawie wyników badania sondą obrotową, wyniki badania
(cfv) należy skorygować w oparciu o:
cu = ź �" cfv. (23)
gdzie:
cfv wytrzymałość na ścinanie bez odpływu zmierzona w badaniu sondą obrotową,;
-
� - współczynnik poprawkowy.
Współczynnik korekcyjny ź należy określić w oparciu o lokalne doświadczenie.
Istniejące współczynniki korekcyjne są związane zazwyczaj z granicą płynności, ze
wskaz
nikiem plastyczności, efektywnym naprężeniem pionowym lub stopniem konsolidacji.
W załączniku norma podaje przykłady metod ustalania współczynników poprawkowych
do wyników badania sondą obrotową w celu uzyskania wytrzymałości na ścinanie bez
odpływu. (cu) ze zmierzonej wielkości (cfv) z badania sondą obrotową.
Współczynniki poprawkowe wynikają głównie z analiz wstecznych wykonanych dla
uszkodzonych obwałowań oraz testów obciążeniowych. Przykład poprawki w powiązaniu ze
wskaz
nikiem plastyczności (IP) oraz efektywnym naprężeniem pionowym (�'v0) w gruncie
przedstawiono na rys. 15.
Użyte procedury powinny bazować na lokalnych doświadczeniach. Zaleca się także
wziąć pod uwagę fakt, że wytrzymałość na ścinanie z odpływem może być niższa niż
wytrzymałość bez odpływu.
97
Rys. 15. Współczynniki poprawkowe ź bazujące na wskaz
niku plastyczności oraz
efektywnym naprężeniu pionowym (�'v0) dla przekonsolidowanych iłów [3.6d]
3.8. Badanie dylatometrem płaskim (DMT)
Dylatometr jest rodzajem sondy o płaskim ostrzu umożliwiającej rozpoznanie i pomiar
parametrów gruntu bezpośrednio w podłożu. Celem badania dylatometrem płaskim jest
wyznaczenie właściwości wytrzymałościowych i odkształceniowych gruntu in situ przez
odkształcenie cienkiej kolistej stalowej membrany, zamontowanej w płaszczyz
nie jednej
strony stalowej sondy w kształcie łopatki, wprowadzonej pionowo do gruntu (rys.16).
Rys. 16. Widok łopatki pomiarowej dylatometru,
obok zestaw pomiarowy i wykresy otrzymane z badań DMT [18]
Badanie polega na pomierzeniu ciśnień, gdy membrana jest w jednej płaszczyz
nie
z ostrzem w momencie początkowym oraz gdy przemieszczenie w środku membrany
w kierunku gruntu osiąga 1,1 mm. Badanie należy wykonywać na wybranych głębokościach
albo w sposób półciągły (min. przemieszczenie co 20 cm). Dylatometr jest przydatny do
ustalenia historii naprężeń w gruncie oraz oszacowania wartości parametrów, takich jak:
wytrzymałość na ścinanie bez odpływu, naprężenie prekonsolidacji, moduły odkształcenia,
współczynnik K0 w gruntach niespoistych i spoistych. Badanie DMT powinno głównie być
stosowane w iłach, pyłach i piaskach, gdzie cząstki są małe w porównaniu z rozmiarem
membrany. Szczegółowe informacje na temat procedury, sprawozdania i oceny badania DMT
można znalez
ć w CEN ISO/TS 22476-11 [3.7a]. Wyniki przedstawiane są na podstawie
zależności które są opisywane szeroko w literaturze. Brak jest jednoznacznych korelacji dla
warunków Polskich. Obecnie zbierane są wyniki badań dylatometrycznych do szerszych
98
korelacji. O przydatności wyników z DMT i parametrów wyprowadzanych na ich podstawie
mogą świadczyć krzywe kalibracyjne porównujące wartości pomierzonych osiadań na
obiektach z wartościami osiadań obliczonymi na podstawie modułów z DMT (rys. 17).
Uzyskane dotychczas dane dla warunków polskich pokazują, że dla wartości osiadań
rzeczywistych w stosunku do wartości osiadań ustalonych z DMT współczynnik kalibracji
jest wysoki i wynosi 0,97. Świadczy to o dużej przydatności tej metody, lecz wymaga to
jeszcze weryfikacji dla większej liczby obiektów.
Rys. 17. Uzyskana krzywa kalibracyjna dla warunków polskich na tle pomiarów osiadań dla
10 wybranych budynków w Warszawie na tle danych z literatury [21]
Przykłady zastosowań dylatometru płaskiego:
" nośność podłoża i osiadanie fundamentów bezpośrednich
Nośność podłoża fundamentów bezpośrednich wyprowadzona na podstawie wyników
badania DMT jest ustalana poprzez zastosowanie analitycznej metody projektowania. Przy
zastosowaniu tej metody, przykładowo wyprowadzane są wartość wytrzymałości gruntu na
ścinanie w warunkach bez odpływu (cu) dla niescementowanych iłów (współczynnik
materiałowy IDMT < 0,8), z następującej zależności:
cu = 0,22 � v0 (0,5 KDMT)1,25 (24)
gdzie:
KDMT  współczynnik poziomego naprężenia, albo inna dobrze udokumentowana zależność
oparta na lokalnym doświadczeniu.
Podczas stosowania uproszczonej metody ośrodka sprężystego, osiadanie fundamentów
bezpośrednich w jednoosiowym stanie odkształcenia może być obliczone przy użyciu
wartości modułu stycznego (Eeod) w jednoosiowym stanie odkształcenia, wyznaczonego
z wyników badań DMT. W gruncie drobnoziarnistym takie procedury powinny być
stosowane jedynie, gdy suma efektywnego naprężenia od nadkładu i wzrostu naprężenia
wywołanego przez obciążenie fundamentem jest mniejsza niż naprężenie prekonsolidacyjne.
Uproszczona metoda ośrodka sprężystego podana jest w PN-EN 1997-1 [1] w załączniku F.
Przykład wyznaczenia osiadań pokazano w załączniku, gdzie podano przykład korelacji
pomiędzy wynikami badania Eoed i DMT [3.7b]. Te korelacje mogą zostać wykorzystane, by
określić wartość jednoosiowych stycznych modułów (Eoed = d�'/d�) z wyników badania DMT,
poprzez zależność:
99
Eoed = RM EDMT
� (25)
Gdzie wartość RM
jest szacowana albo na podstawie lokalnego doświadczenia, albo
poprzez użycie następujących zależności:
jeśli IDMT d" 0,6; to RM = 0,14 + 2,36 lg KDMT
jeśli 0,6 < IDM < 3,0; to RM = RM0 + (2,5  RM0) lg KDMT (26)
T
gdzie: RM0 = 0,14 + 0,15 (IDMT  0,6)
jeśli 3,0 e" IDMT > 10; to RM = 0,5 + 2 lg KDMT
jeśli KDMT > 10; to RM = 0,32 + 2,18 lg KDMT
Jeżeli z powyższych zależności zostaną uzyskane wartości RM < 0,85, przyjmuje się, że
RM 0,85.
jest równe
gdzie:
IDMT
- współczynnik materiałowy ze wskaz
nika dylatometru płaskiego,
KDMT
- współczynnik naprężenia poziomego z badania dylatometrem płaskim.
" nośność pala
Jeśli graniczna nośność pali wciskanych lub wyciąganych jest wyprowadzana z wyników
badania DMT, należy zastosować analityczną metodę obliczeń do wyprowadzenia wartości
nośności podstawy i pobocznicy pala.
3.9. Próbne obciążenie płytą (PLT)
Celem próbnego obciążenia płytą jest określenie pionowego odkształcenia i własności
wytrzymałościowych masywu gruntowego i skalnego in situ poprzez rejestrowanie obciążenia
i odpowiadającego mu osiadania, gdy sztywna płyta modelująca fundament obciąża podłoże.
Rys. 18. Przykład układu oporowego dla badań PLT [14] i widok z realizacji badania [18]
Próbne obciążanie płytą należy przeprowadzać na dokładnie wyrównanej i nienaruszonej
powierzchni podłoża albo na dnie wykopu na pewnej głębokości, również na dnie odwiertu
o dużej średnicy, szybu badawczego lub galerii (rys. 18). Badanie jest stosowane we
wszystkich gruntach, zasypach i skałach, ale raczej nie powinno być stosowane do
miękkoplastycznych gruntów drobnoziarnistych. Badanie należy przeprowadzić
i sprawozdanie przedstawić zgodnie z EN ISO 22476-13 [13]. Odstępstwa od wymagań
100
podanych należy uzasadnić, a zwłaszcza należy skomentować jego wpływ na wyniki.
Odchylenia występują, na przykład, w odniesieniu do wielkości płyty i procedury badania
(przyrosty obciążenia, stała prędkość odkształcenia).
Przykłady zastosowań PLT:
Wyniki badania PLT mogą być wykorzystane do prognozowania zachowania się
fundamentów bezpośrednich. Do wyznaczenia parametrów geotechnicznych warstwy
jednorodnej (do stosowania w pośrednich metodach projektowania), warstwa poniżej płyty
powinna mieć grubość równą przynajmniej dwukrotnej szerokości albo średnicy płyty.
Wyniki badania PLT mogą być wykorzystywane wyłącznie do bezpośrednich metod
projektowania jeżeli:
- wielkość płyty została wybrana przy uwzględnieniu szerokości projektowanych
fundamentów bezpośrednich (w tym to przypadku obserwacje są wykorzystywane
wprost);
- jeśli jednorodna warstwa występuje do głębokości równej dwukrotnej szerokości
planowanych fundamentów bezpośrednich (w tym przypadku wyniki z płyty
o mniejszych wymiarach - nie mogą być użyte bezpośrednio do określenia szerokości
fundamentów i należy dokonać przeliczenia wyników na podstawie doświadczenia).
Jeśli do wyznaczenia nośności podłoża stosowana jest analityczna metoda projektowania,
to wytrzymałość gruntu na ścinanie bez odpływu (cu) może być wyprowadzona z badania
PLT, prowadzonego przy stałej prędkości, ale wystarczająco szybko, aby praktycznie
wykluczyć jakikolwiek drenaż. Przykłady analitycznych metod projektowych dla nośności
podłoża podane są w PN-EN 1997-1 [1].
" wyprowadzania wartości wytrzymałości na ścinanie bez odpływu
Przykład przedstawia sposób wyprowadzania wartości wytrzymałości na ścinanie bez
odpływu (c ), która może być uzyskana przy użyciu następującego wzoru:
u
pu - (ł � z)
cu = (27)
Nc
gdzie:
pu ;
- graniczny nacisk na styku płyty z podłożem w wyniku badania PLT
ł�z - całkowite naprężenie (gęstość razy głębokość) na poziomie badania, gdy badanie
przeprowadzane jest w odwiercie o średnicy mniejszej niż trzykrotność średnicy lub
szerokości płyty;
N ; dla płyt okrągłych:
c - współczynnik nośności podłoża
N = 6 (typowy dla badania PLT na powierzchni podłoża);
c
N = 9 (typowy dla badania PLT w odwiertach o głębokości większej niż
c
czterokrotność średnicy lub szerokości płyty).
" wyprowadzenia wartości modułu z osiadania płyty
Jeśli do oceny osiadania stosowana jest uproszczona metoda ośrodka sprężystego, moduł
sprężystości Younga (E) może być wyprowadzony z modułu osiadania płyty (EPLT) w oparciu
o ustalone doświadczenie. Przykład wyprowadzenia wartości wskaz
nika modułu płyty EPLT
(moduł sieczny). Dla badań próbnego obciążenia płytą, przeprowadzanych na powierzchni
podłoża lub w wykopie, gdzie szerokość dna (średnica) jest przynajmniej pięciokrotnością
średnicy płyty, moduł osiadania płyty (EPLT) może być obliczony z ogólnego wzoru:
101
"p Ąb
EPLT = � (1- v2 ) (28)
"s 4
gdzie:
"p - jest wybranym zakresem przyrostu naprężenia pod płytą,
"s - przyrost całkowitego osiadania dla odpowiadającego mu przyrostu naprężeń "p, włącznie
z osiadaniem spowodowanym pełzaniem,
b - średnica płyty, v - współczynnik Poissona dla warunków badania.
Jeśli nie określono go innymi metodami, v jest równe 0,5 w warunkach bez odpływu
w gruncie drobnoziarnistym oraz 0,3 w gruncie gruboziarnistym. Jeśli badanie jest
przeprowadzane w dnie odwiertu, wartość EPLT może być obliczona wzorem [3.8b]:
"p Ąb
EPLT = � (1- v2 )CZ (29)
"s 4
gdzie:
C -
współczynnik poprawkowy do głębokości, określany jest jako stosunek osiadania od
z
obciążenia głębokiego do osiadania od odpowiedniego obciążenia na powierzchni, przykład
sugerowanych wartości podany jest na rys.19.
Rys. 19. Współczynnik poprawkowy do głębokości Cz w funkcji średnicy płyty b i gł. badania
(wyniki dla równomiernego obciążenia kołowego w dnie nieobudowanego szybu) [2]
" wyprowadzanie wartości współczynnika podatności podłoża
Współczynnik reakcji podłoża (ks) stosowany do oszacowania odkształceń może być
wyprowadzony z wyników badania przy obciążeniu stopniowo wzrastającym.
Wyprowadzenie współczynnika podatności podłoża (ks), może być na podstawie wzoru:
"p
ks = (30)
"s
gdzie:
"p - jest wybranym zakresem przyłożonego naprężenia pod płytą,
"s - jest zmianą osiadania dla odpowiadającej zmiany przyłożonego naprężenia "p, włącznie
z osiadaniem spowodowanym pełzaniem.
Przy obliczaniu wartości k obciążającej.
s, zaleca się podać wymiary płyty
102
" obliczania osiadania fundamentu bezpośredniego w piasku
W przypadku projektowania bezpośredniego wyniki badania PLT mogą być przeniesione
wprost do wymiarowania fundamentów, bez stosowania parametrów geotechnicznych.
Objaśnienia:
b1-
szerokość płyty pomiarowej 1 - płyta pomiarowa
b - szerokość fundamentu 2 - fundament
p  obciążenie 3 - strefy wpływu obciążenia
s1 osiadanie zmierzone w badaniu PLT s - przewidywane osiadanie fundamentu
-
Rys. 20. Obszary wpływu obciążenia pod płytą pomiarową i pod fundamentem [2]
Objaśnienia:
b/b1 stosunek szerokości
-
s/s1 stosunek osiadania
-
1 - luz
ny
2 - średnio zagęszczony
3 - zagęszczony
Rys. 21. Wykres do obliczania osiadania na podstawie próbnego obciążania płytą [2]
Osiadanie stóp fundamentowych w piasku może być wyprowadzone z wyników badania
PLT. Jest to przykład bezpośredniego wyprowadzania osiadania. Osiadanie fundamentu
w piasku może być wyprowadzone empirycznie, zgodnie z zależnościami podanymi na rys.
21, jeżeli grunt pod podstawą fundamentu jest, do głębokości większej niż podwójna
szerokość, taki sam jak grunt pod płytą (rys. 20).
4. Interpretacja badań - propozycje do załącznika krajowego (projektu normy)
Zaletą badań polowych jest z pewnością otrzymanie szybkiej i obiektywnej
(ujednolicanie procedur wykonywania) informacji na temat warunków podłoża. Przydatność
badań in situ wynika z poprawnej interpretacji otrzymywanych wyników. Interpretacje takie
otrzymuje się z zależności korelacyjnych, wypracowanych dla podobnych warunków,
popartych badaniami laboratoryjnymi i doświadczeniem regionalnym. W innym przypadku
(brak zależności wypracowanych) wyniki z badań polowych należy traktować wyłącznie
jakościowo.
103
W Polsce istotnym elementem utrudniającym ewentualną adaptację metod i korelacji
podawanych w literaturze światowej jest polska klasyfikacja gruntów, definicje niektórych
parametrów, jak cu, c , � i moduły odkształcalności.
W ITB od lat prowadzone są badania i projekty badawcze dotyczące interpretacji
wyników badań dla warunków polskich. Jednym z nich był projekt badawczo-rozwojowy
KBN Nr 4 T07E 047 30 [21], którego celem było opracowanie korelacji między wynikami
sondowań dylatometrycznych i statycznych dla gruntów polskich zróżnicowanych pod
względem genetycznym.
Dla 30 wytypowanych poligonów badawczych wykonano badania w tzw. węzłach, gdzie dla
jednej lokalizacji wykonano szereg badań polowych i laboratoryjnych. Prowadzone badania
na poligonach badawczych w sposób nierównomierny pokrywały teren Polski. Starano się
w miarę możliwości wykonać badania na różnych typach genetycznych gruntów  po 2�4
węzłów na każdym z wydzielonych typów. A
ącznie wykonano i przeanalizowano około
1700 mb profili podłoża, w tym 602 mb to sondy CPTU (w tym archiwalne CPT), 478 mb
sondowań dylatometrycznych oraz 614 mb wierceń w węzłach (w tym archiwalne). Po
stworzeniu bazy wyjściowej i uzupełnieniu jej o wyniki dylatometrycznych, opracowane
zostały następujące korelacje z uwzględnieniem informacji zebranych na podstawie istniejącej
literatury światowej i krajowej, jak:
- klasyfikacja (identyfikacja) gruntów - wykresów klasyfikacyjnych w zależności od qc i Rf
= fs/qc oraz od Ed i Id Wykresy wykonano dla poszczególnych miejsc oraz łącznie wg
wydzieleń genetycznych jako korelacje regionalne;
- zależności regionalne dla wyznaczania parametrów stanu dla sondy do określania
parametrów wytrzymałościowych c , � : z korelacji pośrednich (np.: qc  ID, ID - � ),
propozycja do załącznika krajowego normy europejskiej (artykuł prof. Wysokińskiego);
- ocena wiarygodności dla modułów odkształcalności uzyskanymi z DMT
w odniesieniu do wyników osiadań rzeczywistych (rys. 17);
- nomogram do określania wartości modułu odkształcenia na podstawie wyników z CPTU
i DMT w zależności od sklasyfikowanego typu gruntu  propozycja do załącznika
krajowego normy europejskiej (rys. 5).
Przeprowadzone badania, analizy i obliczenia pozwalają stwierdzić, że podjęty problem
jest istotny dla rozwoju badań polowych  w ogólności i bardzo ważny dla obecnego etapu
badan geotechnicznych w Polsce. Otrzymane korelacje na tle wyników z literatury
dotyczących różnych gruntów i rejonów uzyskane przez licznych badaczy (stanowiące tło
interpretacji) pozwalają interpretować wyniki i ustalić zależności dla gruntów polskich. Przy
okazji opracowano bazę danych wyników badań polowych i laboratoryjnych dla gruntów
polskich, w której znajdują się analizowane poligony badawcze. Baza ta powinna być
rozwijana i uzupełniana, stanowiąc podstawę opracowywania korelacji dla gruntów polskich.
5. Podsumowanie
Przedstawiona w referacie charakterystyka normy PN-EN 1997-2 [2] dotycząca
wykonywania i interpretacji badań polowych dotyczy zwłaszcza w części głównej znanych
i stosowanych w praktyce ogólnych zasady oraz metod badań polowych. Podane w normie
metody są w większości powszechnie używane, mniej znane czy rzadziej stosowane w Polsce
to specjalne typy takich sond jak presjometr (np. samowiercący) czy dylatometr cylindryczny.
Bardziej szczegółowe zalecenia i wymagania, wynikające z bogatej praktyki w badaniach in
situ w różnych krajach europejskich, podano w załącznikach do normy i normach EN-ISO.
Norma w załącznikach podaje zalecenia i ciekawe przykłady zastosowań dotyczące ustalania
104
wartości wyprowadzonych dla różnych parametrów oraz bezpośrednie metody związane
z oceną nośności i osiadań fundamentów bezpośrednich i palowych. Przedstawiona tematyka
dotycząca metody szacowania i obliczeń geotechnicznych jest obszerna, lecz wymagać będzie
skalibrowania na warunki polskie (współczynniki  gruntowe np. ą - przy oznaczaniu
modułu E na podstawie qc z badań CPTU).
W Polsce od 2002 r. istnieje norma PN-B-04452:2002  Geotechnika - Badania polowe
[14], która w założeniach powstała jako tzw. norma zharmonizowana z Eurokodem. Oznacza
to, że większość informacji dotyczących pobierania próbek gruntów i badań polowych
posiada (opis metody badań, wymagania sprzętowe i standaryzacja aparatury pomiarowej
oraz interpretacja wyników) jest znana projektantom dzięki tej normie. Należy zauważyć, że
funkcjonująca norma PN-B-04452:2002 [14] w załącznikach podaje wiele korelacji dla
warunków Polskich uzyskanych z doświadczeń i wyników, w których wkład miały liczne
ośrodki naukowo-badawcze (między innymi: ośrodek poznański (prof. Młynarek), PIG czy
ITB). Doświadczenia te oraz nowe zależności uzyskiwane w projektach badawczych (np.
projekt KBN T07E 047 30 zrealizowany w ITB [21]) powinny zostać włączone do
załączników krajowych jako z
ródło doświadczeń lokalnych [27].
Kolejnym wyzwaniem po wykonaniu i interpretacji wyników to sposób dochodzenia do
parametrów obliczeniowych poprzez wyprowadzanie wartości parametrów z korelacji
i zależności z badań polowych jak i laboratoryjnych. Z pewnością stosowanie wyłącznie
narzędzi statystycznych nie jest dobrym rozwiązaniem. Znajomość rozkładu parametrów
uzyskiwanych z badań i znanych wartości współczynników zmienności to rozwiązania idące
w kierunku metody promowanej przez nowe normy europejskie tj. doświadczenia
porównywalnego.
Literatura
[1] PN-EN 1997-1:2007 Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne  Część 1: Zasady ogólne.
[2] PN-EN 1997-2 Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne  Część 2: Rozpoznanie
i badanie podłoża gruntowego.  projekt do ankiety.
[3] Badania polowe  lista dokumentów powołanych i uzupełniających informacje dla
poszczególnych metod wg załącznika X.3 normy PN-EN 1997-2:
[3.1] Badanie statyczną sondą stożkową:
a) Bergdahl U., Ottosson E., Malmborg B.S. - Plattgrundl�ggning (Spread foundations), (in
Swedish), Stockholm: AB Svensk Byggtj�nst, 1993.
b) Biedermann B. - Comparative investigations with sounding methods in silt. Forschungs-
berichte aus Bodenmechanik und Grundbau Nr. 9 (In German). Aachen: Technische
Hochschule, 1984.
c) DIN 1054:2003 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau. (Subsoil 
verification of the safety of earthworks and foundation), (in German).
d) DIN 4094-1:2002 Baugrund  Felduntersuchungen - Teil 1: Drucksondierungen (Subsoil 
Field investigations  Part 1: Cone penetration tests), (in German).
e) Lunne T., Robertson P.K., Powell J.J.M. - Cone penetration testing in geotechnical practice.
Originally London: Blackie Academic & Professional, then New York: Spon Press and E&F
Spon, 1997.
f) Melzer K.J., Bergdahl U. - Geotechnical field investigations. Geotechnical Engineering
Handbook, Volume 1: Fundamentals. Berlin: Ernst & Sohn, 2002.
g) NEN 6743-1:2006 Geotechniek  Berekeningsmethode voor funderingen op palen. Drukpalen.
(Geotechnics  Calculation method for bearing capacity of pile foundations. Compression
piles).
105
h) Schmertmann J.H. - Static cone to compute settlement over sand, Jnl Soil Mech. Fdns Div.,
ASCE, 96, SM3, May, 1970.
i) Schmertmann J.H., Hartman J.P., Brown, P.R. - Improved strain influence factor diagrams, Jnl
Geotech. Enging Div., ASCE, 104, GT8, Proc. Paper 7302, August, 1978.
j) Sanglerat G. - The penetrometer and soil exploration. Amsterdam: Elsevier Publishing
Company, 1972.
k) Stenzel G., Melzer K.J. - Soil investigations by penetration testing according to DIN 4094. (in
German), Tiefbau 20, 1978.
[3.2] Badanie presjometryczne:
a) EN ISO 22476-7 Geotechnical invest. and testing  Field testing  P. 7: Borehole jack test
b) Clarke B.G, Gambin M.P. - Pressuremeter testing in onshore ground investigations. A report
by ISSMGE Committee TC 16. Atlanta: Proc. 1st Int. Conf. on Site Characterization, 1998
Vol. 2.
c) Clarke B.G. - Pressuremeters in Geotechnical design. Glasgow: Blackie Academic and
Professional, 1995.
d) MinistŁre de l'Equipement du Logement et des Transports (1993) RŁgles techniques de
conception et de calcul des fountdations des ouvrages de G�nie civil, CCTG, Fascicule no. 62,
Titre V.
[3.3] Badanie sondą cylindryczną:
a) Burland J.B. and Burbridge M.C. - Settlements of foundations on sand and gravel UK:
Proceedings Inst. Civil Engineers, Part 1, 78, Dec., 1985.
b) Canadian Foundation Engineering Manual Third Edition, Canadian Geotechnical Society,
1992 Technical Committee on Foundations, BiTech Publishers Ltd, 1995.
c) Clayton C.R.I. - The Standard Penetration Test (SPT): methods and use. London:
Construction Industry Research Information Association (CIRIA), Report 143.
d) Skempton A.W. - Standard penetration test procedures and the effects in sands of overburden
pressure relative density, particle size, ageing and over-consolidation Geotechnique 36,
No. 3, 1986.
e) US Army Corps of Engineers ASCE, Technical Engineering and design guides as adapted
from the US Army Corps of Engineers, No. 7: Bearing capacity of soils (1993), ASCE Press.
[3.4] Badanie sondą dynamiczną:
a) Bergdahl U., Ottosson E., Malmborg B.S. - Plattgrundl�ggning (Spread foundations), (in
Swedish) Stockholm: AB Svensk Byggtj�nst, 1993.
b) Biedermann B. - Comparative investigations with sounding methods in silt. Forschungs-
berichte aus Bodenmechanik und Grundbau Nr. 9 Aachen: Technische Hochschule, 1984.
c) Butcher A.P. McElmeel K., Powell J.J.M. - Dynamic probing and its use in clay soils. Proc Int
Conf on Advances in Site Investigation Practice. London: Inst, Civil Engineers, 1995.
d) DIN 4094-3:2002 Baugrund  Felduntersuchungen  Teil 3: Rammsondierungen (Subsoil 
Field investigations - Part 3: Dynamic probing), (in German).
e) DIN V 1054-100:1996 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau, Teil 100:
Berechnung nach dem Konzept mit Teilsicherheitsbeiwerten (Soil verification of the safety of
earthworks and foundation, Part 100: Analysis in accordance with the partial safety factor
concept) (in German).
f) Recommendations of the Committee for Waterfront Structures, Harbours and Waterways
(EAU 1996). Berlin: W. Ernst & Sohn, 2000.
g) Melzer K.J., Bergdahl U. (2002) - Geotechnical field investigations. Geotechnical
Engineering Handbook, Volume 1: Fundamentals. Berlin: Ernst & Sohn, 2002.
h) Stenzel, G., Melzer, K.J. - Soil investigations by penetration testing according to DIN 4094.
Tiefbau 20, (in German), 1978.
[3.5] Badanie sondą wkręcaną:
a) CEN ISO/TS 22476-10, Geotechnical investigation and testing  Field testing  Part 10:
Weight sounding test.
106
[3.6] Badanie polową sondą obrotową:
a) Aas G. - Vurdering av korttidsstabilitet i leire p� basis av udrenert skjaerfasthet. (Evaluation
of short term stability in clays based on undrained shear strength), (in Norwegian); NGM  79
Helsingfors, 1979.
b) Aas G., Lacasse S., Lunne T. H�eg K. (1986) - Use of in situ tests for foundation design on
clay. ASCE Geotechnical Special Publication 6. Danish Geotechnical Institute Bulletin No. 7
Copenhagen: DGI, 1959.
c) Hansbo S. - A new approach to the determination of the shear strength of clay by the fall-cone
test Stockholm: Royal Swedish Geotechnical Institute, Proc. No. 14, 1957.
d) Larsson R., Bergdahl U., Erikson L. - Evaluation of shear strength in cohesive soils with
special references to Swedish practice and experience. Link�ping: Swedish Geotechnical
Institute, Information 3E, 1984.
e) Larsson R., �hnberg H - The effect of slope crest excavations on the stability of slopes.
Link�ping: Swedish Geotechnical Institute. Report No 63, 2003.
f) Veiledning for utfłrelse av vingeborr (Recommendations for vane boring), (in Norwegian),
Melding No. 4, Utgitt 1982, Rev. 1 Norwegian Geotechnical Institute, 1989.
g) Recommended Standard for Field Vane Test. SGF Report 2:93E. Swedish Geotechnical
Society, 1993.
[3.7] Badania dylatometrem płaskim:
a) CEN ISO/TS 22476-11, Geotechnical investigation and testing  Field testing  Part 11: Flat
dilatometer test. Marchetti, S. test by flat dilatometer Journal of the Geotechnical Engineering
Division, Proc. ASCE, Vol. 106, N. GT3, 1980.
b) Marchetti S., Monaco P., Totani G., Calabrese, M. - The flat dilatometer test (DMT) in soil
investigations. ISSMGE TC16 Report; Bali: Proc. In situ, 2001.
[3.8] Próbne obciążenie płytą:
a) BS 1377-9:1990, Methods of test for soils for civil engineering purposes  Part 9: vertical
settlement and strength tests.
b) Burland J.B. Reply to discussion, Proc. conf. on investigations of soils and rock London: Inst.
Civil Engineers, 1969.
c) Bergdahl U., Ottosson E., Malmborg B.S. - Plattgrundl�ggning (Spread foundations), (in
Swedish) Stockholm: AB Svensk Byggtj�nst, 1993.
d) Marsland A. - Model studies of deep in situ loading tests in clay. Civ. Eng. and Pub. Wks.
Review, Vol. 67, No 792, July 1972.
[4] EN ISO 22476-1:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 1:
Electrical CPT and CPTU.
[5] EN ISO 22476-2:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 2:
Dynamic Probing.
[6] EN ISO 22476-3:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 3:
Standard Penetration Test.
[7] EN ISO 22476-4:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 4:
Menard Pressuremeter Test.
[8] EN ISO 22476-5:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 5:
Flexible Dilatometer Test.
[9] EN ISO 22476-6:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 6:
Selfboring Pressuremeter Test.
[10] EN ISO 22476-8:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 8: Full
Displacement Pressuremeter Test.
[11] EN ISO 22476-9:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 9: Field
Vane Test.
[12] EN ISO 22476-12:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 12:
Mechanical CPT.
107
[13] EN ISO 22476-13:2005 Geotechnical investing and testing - Field testing - Part 13: Plate
Loading Test.
[14] PN-B-04452:2002 Geotechnika. Badania polowe.
[15] MA
YNAREK Z.:  Site investigation and mapping in urban area Proc. XIV European
Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Eng. vol.1, 2007.
[16] PN-B-02481. Geotechnika. Terminologia podstawowa, symbole literowe i jednostki
miar, 1998.
[17] GODLEWSKI T.: Badania polowe w geotechnice  mat. seminaryjne z okazji 60 lat
ZGiF ITB, W-wa 2005.
[18] GODLEWSKI T.: Materiały pomocnicze do kursu: Nowe normy geotechniczne
w praktyce  dla wykonawców dokumentacji geotechnicznych i geologiczno-
inżynierskich, ITB 2007.
[19] LUNNE T., ROBERTSON P. K., POWELL J.J.M.:  Cone Penetration Testing in
Geotechnical Practice , Blackie Academie EF Spon/Routledge Publishers, New York,
1997.
[20] SIKORA Z.:  Sondowanie statyczne  metody I zastosowanie w geoinżynierii , wyd.
nauk-tech., W-wa 2006.
[21] ITB, Projekt badawczo-rozwojowy KBN Nr 4 T07E 047 30 - Zależności regionalne
parametrów geotechnicznych na podstawie sondowań, badań laboratoryjnych i pomiarów
osiadań, Warszawa 2008r.
[22] GODLEWSKI T., WYSOKIC
SKI L.: (2005-2008)   Rozwój laboratoryjnych
i polowych metod badań gruntu , Praca naukowo-badawcza NG-44, ITB, Warszawa
[23] PN-EN ISO 14688-1. Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów.
Część1: Oznaczanie i opis, 2006.
[24] PN-EN ISO 14688-2. Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów.
Część 2: Zasady klasyfikowania, 2006.
[25] PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Projektowanie posadowień bezpośrednich.
[26] FRANKOWSKI Z.:  Interpretacja wyników badań sondą ciężką SD-50 w gruntach
niespoistych , temat: 6.20.8503.00.0 (mat. niepublikowany), W-wa 1997.
[27] WYSOKIC
SKI L.: Information of Technical Commitee of Polish Commitee for
Standardization, TC 254 (Geotechnics) about the Eurocode 7 implementation in Poland,
ITB Warsaw, June 2008.
[28] strony www wybranych producentów sprzętu do badań polowych z których
wykorzystano materiały reklamowe do rysunków:
www.amago.pl
www.roctest.com
108