Wpływ geometrii stożka sondy CPT na rejestrowane parametry w świetle norm ISO i ASTM

Budowa i parametry stożka sondy CPTU

Norma Eurokod 7, a w szczególności wskazana w niej norma PN-EN ISO 22476-1, szczegółowo przedstawiają wymagania co do budowy stożka sondy CPTU. Podstawowe jego cechy geometryczne to:

• kąt wierzchołkowy 60 stopni,
• średnica ok. 36 mm,
• wynikająca z wielkości średnicy powierzchnia przekroju poprzecznego wynosząca 10 cm2.

Producenci sprzętu CPTU wykonują oczywiście dokładnie takie stożki, jednak w ofercie niemal każdego z nich znajdziemy też inne, większe – o powierzchni przekroju 15 cm2 (średnica około 44 mm i dopasowana do niej inna geometria tulei ciernej).

Doświadczenie wskazuje, że to właśnie te większe stożki częściej znajdują zastosowanie w codziennej praktyce badań in-situ sondą CPTU (przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych, gdzie uwzględniono je w normie ASTM D5778-12, ale także w Europie zachodniej i Polsce), mimo iż nie są do końca zgodne ze wspomnianą specyfikacją techniczną ISO. Zgodność z obowiązującymi normami to warunek konieczny do uzyskania miarodajnych wyników sondowania statycznego sondą CPTU.

Elektryczne stożki CPT i piezostożki CPTU

Elektryczne stożki CPT i piezostożki CPTU, którymi dysponuje firma BARS, to precyzyjne przyrządy pomiarowe celowo opracowane dla badań geotechnicznych gruntu. Sondy te są wyposażone w czujniki tensometryczne umożliwiające pomiar siły oporów wprowadzania stożka (qc) i tarcia tulei ciernej (fs). Piezostożki CPTU są dodatkowo wyposażone w czujnik ciśnienia (u2) umożliwiający pomiar in-situ ciśnienia porowego w trakcie badania. Wszystkie te parametry są mierzone w sposób ciągły i jednoczesny. Czujniki ciśnienia mogą ponadto służyć do wykonywania testów rozpraszania (dyssypacji) nadwyżki ciśnień porowych.

Wpływ wymiarów stożka na porównywalność wyników badań CPTU

Zastosowanie stożków o różnych powierzchniach przekroju poprzecznego wpływa bezpośrednio na wartości rejestrowanych oporów. Różnice te mają znaczenie szczególnie przy porównywaniu wyników badań wykonanych różnym sprzętem lub w różnych krajach. Brak uwzględnienia geometrii stożka może prowadzić do błędnych wniosków interpretacyjnych.

W praktyce oznacza to konieczność każdorazowego odniesienia wyników do:

• typu zastosowanego stożka,
• obowiązującej normy badawczej,
• przyjętych współczynników korekcyjnych.

Znaczenie norm ISO i ASTM w interpretacji parametrów CPTU

Normy ISO i ASTM nie tylko definiują geometrię stożka, ale również sposób prowadzenia badania oraz interpretacji uzyskanych danych. Różnice pomiędzy nimi powodują, że identyczne warunki gruntowe mogą dawać odmienne wartości parametrów, jeśli badania wykonano zgodnie z innymi standardami.

Dlatego w dokumentacji geotechnicznej istotne jest jednoznaczne wskazanie:

• normy, według której wykonano badanie,
• rodzaju zastosowanego stożka,
• zakresu zgodności sprzętu z normą referencyjną.

Wpływ geometrii stożka na pomiar oporu stożka i tarcia tulei

Zmiana średnicy stożka wpływa nie tylko na opór stożka qc, ale również na relację pomiędzy qc a fs. W praktyce może to prowadzić do przesunięć klasyfikacyjnych przy identyfikacji rodzaju gruntu, zwłaszcza w strefach przejściowych pomiędzy gruntami spoistymi i niespoistymi.

Najczęściej obserwuje się:

• wzrost rejestrowanych wartości qc przy większym przekroju,
• zmianę proporcji fs/qc,
• większą stabilność pomiaru w gruntach słabonośnych.

Znaczenie znajomości geometrii stożka w analizach projektowych

Dla projektanta kluczowe znaczenie ma świadomość, jaką geometrią stożka wykonano sondowanie CPTU. Parametry wyprowadzone z badań są bowiem często bezpośrednio wykorzystywane w obliczeniach nośności pali, osiadań czy ocenie warunków gruntowych. Brak tej wiedzy może skutkować niewłaściwym doborem parametrów obliczeniowych, błędną oceną nośności podłoża, a także nieporównywalnością wyników z innymi badaniami terenowymi.