Zalety i zastosowanie sondowania cpt

Do przeprowadzenia rzetelnej analizy podłoża kluczowa jest możliwość uzyskania wiarygodnych danych, które pozwolą na określenie podstawowych parametrów gruntu. Poza długotrwałymi i kosztownymi badaniami laboratoryjnymi do zdobywania potrzebnych przy badaniach geologicznych oraz hydrogeologicznych informacji można korzystać również z bardzo efektywnych metod sondowania statycznego tzw. sondowania CPT.

Geologiczne badania gruntów

Każdy obiekt budowlany niezależnie od swego charakteru musi być posadowiony na istniejącym w danym miejscu podłożu. Dla zapewnienia odpowiedniej stabilności, wyboru sposobu fundamentowania, a także metody prowadzenia robót ziemnych oraz określenia, do jakich oddziaływań między obiektem a gruntem może dochodzić, zarówno w czasie budowy, jak i samej eksploatacji, niezbędne jest więc dobre rozpoznanie geologiczne terenu, w którym ma być realizowana inwestycja. Badania geologiczne są konieczne na etapie poszukiwania właściwej lokalizacji, opracowywania koncepcji budowli oraz wykonywania projektu, a także przed przystąpieniem do pierwszych prac. Ich zakres, jak również wykorzystywane techniki, będą jednak zupełnie inne w zależności od konkretnych potrzeb i rodzaju podłoża. W ramach prowadzenia badań geologicznych korzysta się z różnych źródeł informacji – istniejących map geologicznych, opracowań wykonanych w przeszłości, a także badań laboratoryjnych i terenowych pozwalających na precyzyjne ustalenie budowy geologicznej i hydrogeologicznej podłoża – w tym jego podstawowych parametrów wytrzymałościowych – wyjaśnia przedstawiciel firmy Geoxx, która zajmuje się prowadzeniem badań geologicznych.

Ustalenie nośności podłoża wymaga dokładnego oszacowania struktury gruntu oraz układu poszczególnych warstw, a także określenia ich kluczowych cech fizycznych. Podłoże może  składać się z trzech odrębnych faz – szkieletu gruntowego, znajdujących się między jego poszczególnym składnikami gazów oraz wody wypełniających pory – które są ze sobą połączone w rozmaitych proporcjach, co w połączeniu z typem materiału tworzącego fazę stałą przesądza o zachowaniu się gruntu i możliwości jego obciążenia. Do obliczenia dopuszczalnych obciążeń i oddziaływań, konieczne będzie poznanie takich cech jak choćby gęstość właściwa szkieletu gruntowego, gęstość objętościowa i wilgotność czy porowatość. Równie istotny jest rozkład warstw geologicznych i głębokość, na jakiej się znajdują, poziom zwierciadła wód gruntowych oraz wynikające z niego konsekwencje dla stabilności terenu, czy też możliwości pojawienia się różnych procesów dynamicznych np. osunięć gruntu.

Do badania cech podłoża można wykorzystywać różne metody. W większości przypadków prowadzi się odpowiednie odwierty, które dostarczają próbek koniecznych do analiz laboratoryjnych i pozwalają na zapoznanie się z rodzajem uwarstwienia oraz typem materiału, z jakiego się składają. Znaczną część parametrów można jednak ustalić, pozyskując dane metodą sondowania. Powszechnie stosowane są sondowania dynamiczne, podczas których sonda jest wbijana w podłoże dzięki odpowiednim udarom, a także sondowania statyczne, w ramach których sondy są wciskane w grunt. Do metod sondowana statycznego należy między innymi użycie sondy CPT (Cone Penetration Test), pozwalającej np. na badanie stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych, stopnia plastyczności gruntów spoistych, a także ustalenie rodzaju gruntu oraz jego wytrzymałości na ścinanie, a także wytrzymałości na ściskanie.

Jak wygląda sondowanie metodą CPT?

Sondowanie CPT polega na zagłębianiu w podłożu sondy, która jest wciskana z niewielką prędkością, sięgającą 2 cm/s. Przyrząd składa się z głowicy połączonej z systemem komputerowym rejestrującym otrzymywane dane, żerdzi o właściwej długości, łączonych z krótszych modułów oraz napędu, zwykle hydraulicznego, umożliwiającego wygenerowanie odpowiednio dużej siły. Głowica, która jest wciskana w ziemię to penetrometr stożkowy, najczęściej wykorzystywany jest stożek mechaniczny Begamanna, który za sprawą pomiaru powstającego oporu wyrażanego w MPa, pozwala na ustalenie w gruntach skonsolidowanych ich stopnia zagęszczenia lub plastyczności, enometrycznego modułu ściśliwości, a także wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu. Wyniki pozyskiwane w czasie zagłębiania sondy to opór wciskanego stożka (qc) oraz siła tarcia występującego między gruntem na pobocznicą, czyli powierzchnią boczną elementu w postaci walca znajdującego się za stożkiem (fs). Korzystanie z sondy CPT ze stożkiem Begamanna pozwala na uzyskiwanie odczytów wartości maksymalnych qc oraz fs na odcinku kolejnych 20 cm, prowadzone rozpoznanie ma więc w tym przypadku charakter punktowy. Przy użyciu zbliżonej do sondowania CTP metody CPTU, w której wykorzystuje się głowicę z końcówką piezometryczną, możliwy jest pomiar ciśnienia wody w porach gruntu, natomiast zastosowanie metody SCPTU daje możliwość badania gruntu przy wykorzystaniu wygenerowanej fali sejsmicznej.

Badanie CPT ma zastosowanie dla gruntów spoistych oraz niespoistych. Nadaje się znakomicie do sprawdzania konieczności wykonania pali fundamentowych oraz fundamentowania bezpośredniego. Zaletą stosowania tej metody jest możliwość uzyskiwania informacji na bieżąco, bez skomplikowanego i długotrwałego badania laboratoryjnego. Ze względu na to, że otrzymywane wyniki mają charakter korelacyjny, warto, by były one uzupełnione informacjami uzyskanymi za pomocą innych badań, jednak w większości zastosowań pozyskane informacje będą w pełni użyteczne i dadzą wystarczające przybliżenie. Wielką korzyścią ze stosowania badania CTP jest jego niewygórowany koszt oraz krótki czas, w którym można je przeprowadzić. Zastosowanie głowicy pozwalającej na wykonanie badania CTP daje też wiele dodatkowych możliwości np. określenia poziomu lustra wód gruntowych. Do korzystania z metody CTP zachęca też bardzo prosta procedura wykonania prac.

Urządzenia pozwalające na badanie CPT są zwykle montowane na samobieżnych pojazdach gąsienicowych, dzięki czemu nie ma problemów z dotarciem wraz z aparaturą badawczą nawet do najbardziej odległych lokalizacji oraz poradzeniem sobie z każdymi warunkami terenowymi. W niektórych przypadkach urządzenie jest również montowane na podwoziu auta terenowego. Sondowanie jest możliwe dzięki stosowaniu układu hydraulicznego, który przy pomocy siłowników wciska sondę w grunt z wybraną siłą, w zależności od rodzaju zastosowanej głowicy – zakres możliwości obejmuje zwykle 50, 100, 150 lub 200 kN. Od możliwej do zastosowania siły wciskania zależy także głębokość, do jakiej można prowadzić sondowanie. Dla zapewnienia stabilności działania całość jest kotwiona do podłoża za pomocą wkręcanych kotew z uzwojeniem zapewniającym odpowiednią wytrzymałość na wyrwanie, w niektórych przypadkach wystarczającym zabezpieczeniem może być także masa samego urządzenia.