Badania geotechniczne podłoża gruntowego służą w celu wykreowania modelu analitycznego budowy podłoża gruntowego, pod powierzchnią terenu inwestycyjnego, z dokładnością niezbędną do ustalenia warunków posadowienia obiektów budowlanych.

Rodzaje badań geotechnicznych wykonywanych w laboratorium:

• badania fizyczno-mechanicznych i dynamicznych właściwości gruntów,

• badania chemicznych właściwości gruntów i wód gruntowych,

• badania próbek gruntów ulepszonych i materiałów zastosowanych do ulepszania gruntów.

Kategorie i klasy próbek gruntu pobieranych do badań laboratoryjnych:

Kategoria A - są to metody uzyskania próbek, w których nie występują lub są tylko drobne naruszenia struktury gruntu powstałe w czasie pobierania lub transportu. Metodami tymi można uzyskać próbki o najwyższej klasie 1 i 2.

Kategoria B - są to metody uzyskania próbek o naruszonej strukturze, ale grunt zachowuje swoja naturalna wilgotność. Metodami tymi można otrzymać próbki o klasach jakości nie lepszych niż 3.

Kategoria C - są to metody uzyskania próbek o całkowicie zmienionej strukturze. Wilgotność nie musi reprezentować naturalnej wilgotności gruntu. Metodami tymi można uzyskać próbki o klasach jakości nie lepszych niż 5.

Metody badań laboratoryjnych:

1. Analiza makroskopowa - Jest uproszczonym badaniem, mającym na celu określenie nazwy, rodzaju i stanu gruntów bez pomocy przyrządów. Wykonuje ja się w terenie (wstępny opis gruntu), w laboratorium (przeglądowe badanie).

- w celu rozpoznania rodzaju i stanu gruntów spoistych stosuje się:

a) metodę wałeczkowania:

Z przeznaczonego do badań gruntu o naturalnej wilgotności należy pobrać grudkę, bez ziarn żwirowych, i uformować kulkę o średnicy około 7 mm. Kulkę należy ułożyć na wyprostowanej lewej dłoni i nasadą kciuka prawej dłoni wałeczkować grunt z szybkością około 2 ruchów na sekundę, nieznacznie naciskając, aż do osiągnięcia przez wałeczek średnicy 3 mm. Jeżeli wałeczek nie wykaże uszkodzeń, należy z niego ponownie uformować kulkę oraz powtórzyć wałeczkowanie. Czynności te należy powtarzać tak długo, aż wałeczek przy kolejnym wałeczkowaniu do średnicy 3 mm ulegnie wyraźnemu spękaniu lub rozsypie się. Na podstawie rodzaju spękań i wyglądu wałeczka określa się spoistość gruntu.

b) próbę rozcierania w wodzie:

Próbkę gruntu rozciera się między dwoma palcami zanurzonymi w wodzie. W ten sposób określa się zawartość frakcji piaskowej.

c) próbę rozmakania w wodzie:

Próbkę gruntu o średnicy 10 - 15 mm, po wysuszeniu do stałej masy, umieszcza się na siatce o oczkach kwadratowych 5-cio mm i zanurza w wodzie. Czas rozmakania grudki, mierzony od chwili jej zanurzenia w wodzie do momentu przeniknięcia przez siatkę w wyniku rozmoknięcia, zależy od spoistości gruntu.

2. Makroskopowe określenie wilgotności:

1. grunt suchy - gdy bryłka gruntu przy zgniataniu pęka i po rozdrobnieniu daje suchy proszek,

2. grunt mało wilgotny - gdy bryłka gruntu przy zgniataniu odkształca się plastycznie papier lub ręka przyłożone do gruntu nie stają się wilgotne,

3. grunt wilgotny - gdy papier lub ręka przyłożone do gruntu stają się wilgotne,

4. grunt mokry - gdy przy ściskaniu bryłki gruntu w dłoni odsącza się woda,

grunt nawodniony - gdy grunt jest płynny lub nasycony wodą, która odsącza się grawitacyjnie.

3. Określenie składu granulometrycznego:

Dla gruntów zawierających mniej niż 10 % cząstek drobnych (< 0,063)stosuje się analizę sitową. Jeżeli tych cząstek jest więcej, można stosować kombinację metody sitowej i sedymentacyjnej. Obie metody stosuje się dla wszystkich gruntów niescementowanych o średnicy ziaren mniejszej niż 125 mm.

Analiza sitowa polega na określeniu składu granulometrycznego gruntu, poprzez rozdzielenie poszczególnych frakcji gruntu w wyniku przesiewania próbki na zestawie znormalizowanych sit.

Należy stosować sita z drutu metalowego lub blachy metalowej perforowanej. Wymiary oczek sit powinny być zgodne z wymiarami ziaren poszczególnych rodzajów gruntu. Zestaw sit powinien zawierać sito o średnicy oczek 0,063mm i sito o średnicy oczek 2mm oraz naczynie do zbierania przesiewu. Liczba sit powinna zapewnić uzyskanie ciągłości krzywej uziarnienia.

Analiza areometryczna jest analizą sedymentacyjną, w której prędkość opadania cząstek gruntowych w środowisku wodnym oznaczana jest przez pomiar zmian gęstości odnośnej zawiesiny za pomocą areometru.

4. Określenie kąta tarcia wewnętrznego

- Badania w aparacie skrzynkowym

- Badania w aparacie trójosiowego ściskania

W aparacie skrzynkowym płaszczyzna ścięcia jest wymuszona, natomiast w aparacie trój osiowego ściskania jest naturalna. Do aparatu skrzynkowego próbkę umieszczamy w pojemniku o kształcie prostokąta składającego się z 2 części, natomiast w aparacie trójosiowego ściskania próbka ma kształt walcowany. Wyniki badanej próbki w aparacie trójosiowego ściskania są bardziej dokładne i wiarygodne, wyraźniej obrazują sytuację, która występuje w terenie

5. Badanie granic konsystencji gruntu

- granica plastyczności

Granicę plastyczności określamy jako stosunek masy odparowanej wody z gruntu do masy gruntu suchego. Oznaczanie granicy plastyczności polega na zważeniu gruntu wilgotnego, następnie wysuszeniu go w suszarce i ponownym zważeniu. Wynik otrzymuje się w procentach.

- granica płynności

Granicą płynności nazywa się jego wilgotność na granicy pomiędzy konsystencją płynną i plastyczną gruntów spoistych. Przyjmuje się, że granicy płynności odpowiada wilgotność gruntu, przy której bruzda rozdzielająca próbkę pasty gruntowej w miseczce aparatu Casagrande'a łączy się na długości 10mm i wysokości 1mm przy 25 uderzeniach miseczki w warunkach oznaczania, określonych normą. Granicę płynności gruntu oznacza się symbolem wL, mianem jej są procenty ciężarowe.

Metoda Wasiliewa - jako wartość granicy płynności przyjmuje się wilgotność pasty gruntowej, w którą stożek, o określonych normą kształcie, wymiarach i materiale, zagłębia się pod własnym ciężarem na głębokość h = 10mm w warunkach badania określonych przez normę.

6. Badanie wilgotności optymalnej

Jest to wilgotność, przy której grunt ubijany w sposób znormalizowany uzyskuje maksymalną gęstość objętościową szkieletu gruntowego. Wilgotność optymalną oznacza się symbolem W_opt, mianem są procenty ciężarowe.

Do metod metody oznaczania wilgotności optymalnej należą: metoda normalna - Proctora i metoda zmodyfikowana

Rodzaje badań geotechnicznych wykonywanych w terenie:

• małośrednicowe odwierty próbnikami przelotowymi,

• sondowania dynamiczne i statyczne,

• badania presjometryczne i dylatometryczne,

• badania georadarowe i elektrooporowe,

• badania dynamiczne gruntów,

• odkrywki fundamentów,

• badania wodoprzepuszczalności gruntów i konstrukcji ziemnych,

• badania wód gruntowych i ich oddziaływania na konstrukcje,

• badania na poletkach doświadczalnych.

Sondowania statyczne

Badanie statyczne sondą stożkową CPT (Cone Penetration Test) polega na wciskaniu w podłoże gruntowe żerdzi zakończonej stożkiem pomiarowym. W wyniku badania otrzymuje się wartość oporu stożka qc, oporu tarcia na pobocznicę fs oraz współczynnik tarcia Rf. Wartości tych parametrów uzyskuje się poprzez pomiar napięcia na czujniku rejestrującym obciążenia.

Zastosowanie sondy statycznej:

- ocena jednorodności budowy geologicznej,

- identyfikacja rodzaju gruntu,

- określanie stanów gruntów spoistych i niespoistych,

- określanie niektórych parametrów geotechnicznych gruntu,

- wykrywanie i lokalizowanie powierzchni poślizgu na obszarach osuwiskowych,

- obliczanie nośności pali,

- obliczanie osiadań fundamentów,

- ustalanie granicy pomiędzy nasypem a gruntem rodzimym,

- poszukiwanie warstw o obniżonej wytrzymałości, dla których celowe jest pobieranie próbek o nienaruszonej strukturze przeznaczonych do badan laboratoryjnych.

Sonda statyczna może być wyposażona w specjalistyczną, elektryczną końcówkę, dzięki której, oprócz wymienionych parametrów, uzyskuje się pomiar ciśnienia wody w porach gruntowych. Jest to tzw. metoda CPTU.

Sondowania dynamiczne

Badanie gruntu sondą dynamiczna polega na określeniu oporu, jaki stawia grunt przy dynamicznym zagłębianiu końcówki sondy. Do pogrążania końcówki służy młot o określonej masie. Końcówka umieszczona jest na końcu pierwszej żerdzi, następne żerdzie o długości 1m są dokręcane w miarę ich zagłębiania się. Na podstawie sondowań dynamicznych sondami DPL, DPM, DPH, DPSH można określić stopień zagęszczenia (ID) gruntów niespoistych. W przypadku gruntów spoistych możliwa jest tylko ocena jakościowa tych gruntów. Do interpretacji wykresu sondowania konieczna jest znajomość profilu litologicznego (np. ustalonego podczas wierceń badawczych) i położenia zwierciadła wody gruntowej.

Sondowania dynamiczne stosuje się do:

- określania stanów gruntów niespoistych naturalnych, nasypowych i antropogenicznych,

- określania miąższości warstw o podobnym zagęszczeniu,

- określania głębokości występowania podłoża nośnego,

- oceny jednorodności podłoża gruntowego,

- wydzielania stref o obniżonej wytrzymałości,

- wyznaczania miejsc do dalszych badan i poziomów do pobierania próbek gruntów,

- ustalenia granicy pomiędzy podłożem rodzimym a gruntem nasypowym,

- kontroli wykonawstwa nasypów i zasypek gruntowych,

- sonda SPT jest również przydatna do określenia stanu gruntów spoistych.

Badanie dylatometryczne na przykładzie DMT

Dylatometr Marchettiego jest urządzeniem wyposażonym w płaską końcówkę połączoną z jednostką pomiarową oraz przewodem pneumatycznym, który pozwala na doprowadzenie gazu pod odpowiednim ciśnieniem. Ustalenie parametrów gruntu przy wykorzystaniu dylatometru możliwe jest poprzez interpretację pomiarów ciśnienia działającego na końcówkę urządzenia przy danej głębokości.

Badanie podłoża za pomocą dylatometru polega na wprowadzeniu w podłoże gruntowe płaskiego, stalowego ostrza wyposażonego w odkształcalną, stalową membranę o średnicy 6 cm. W stanie spoczynku powierzchnia membrany jest gładka, natomiast po wprowadzaniu w grunt ulega, pod wpływem działającego ciśnienia, stopniowym odkształceniom. Odkształcająca się membrana przekazuje na grunt naprężenia w kierunku poziomym. Podczas badania, na każdej głębokości (zazwyczaj co 0,2 m), wykonywane są dwa pomiary:

- pomiar ciśnienia gazu potrzebnego do wywołania parcia powierzchni membrany na otaczający grunt (początek odkształcenia),

- pomiar ciśnienia gazu potrzebnego do odkształcenia środkowego punktu membrany o 1 mm.

W wyniku interpretacji badań oraz wykorzystania zależności empirycznych pomiędzy parametrami gruntu, a otrzymanymi pomiarami, można określić rodzaj i odkształcalność gruntu, jego wytrzymałość na ścinanie, współczynnik parcia spoczynkowego, a także ustalić profil geotechniczny oraz oszacować wartości podstawowych parametrów gruntu.

Badanie presjometryczne

Badanie presjometryczne jest to próbne obciążenie gruntu na zadanej głębokości za pomocą sondy o kształcie walca, rozszerzalnej radialnie pod wpływem zadawanego ciśnienia jednolicie oddziaływującego na ścianki otworu lub specjalnie przygotowanej wnęki.

Badanie presjometryczne polega na stopniowym zadawaniu odpowiedniej wartości ciśnienia, co powoduje rozszerzanie się sondy wywierającej wzrastający nacisk na otaczający ją grunt oraz obserwacji skutków tego procesu.

---