Jednym z kluczowych elementów planowania i wykonywania wszelkiego rodzaju prac geotechnicznych są badania gruntu. Te z kolei często wykonuje się przy użyciu sondy CPTU ze względu na niepodważalne zalety tego typu urządzeń – wśród największych ich atutów, docenianych przez geotechników, wymienić należy fakt, że sondy CPTU pozwalają na badania gruntu w naturalnych warunkach. Dzięki temu możliwe jest zbadanie rzeczywistych wartości parametrów, z uwzględnieniem wpływu naprężeń, uziarnienia czy wilgotności, co ma bardzo duże znaczenie dla kolejnych etapów prac geotechnicznych.

Norma Eurokod 7 stawia za cel badania za pomocą sondy CPT określenie oporu gruntu lub miękkiej skały podczas zagłębiania stożka oraz tarcia na tulei ciernej podążającej za stożkiem – tłumaczy dr inż. Bartłomiej Czado (BAARS Geotechnical Measures, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Krośnie, Zakład Budownictwa). Z kolei badanie typu CPTU jest badaniem analogicznym, dodatkowo uzupełnionym o pomiar ciśnienia porowego podczas zagłębiania, na poziomie podstawy stożka sondy – dodaje.

Wyniki badania za pomocą stożka CPTU przedstawiane są w formie wykresu. Standardowym wymiarem średnicy stożka jest 36 mm (powierzchnia przekroju 10 cm2), jednak w praktyce często lepiej sprawdza się stożek większy, o średnicy 44 mm (15 cm2) – mówi dr inż. Bartłomiej Czado.

Doświadczenie wskazuje, że to właśnie te większe stożki częściej znajdują zastosowanie w codziennej praktyce badań sondą CPTU.

Stożek elektryczny czy mechaniczny?

Jak się okazuje, dla jakości wyników tego typu badań gruntu duże znaczenie ma geometria stożka sondy CPT. Na różnice w wynikach badań wpływa już sam rodzaj stożka – czy będzie to stożek elektryczny (CPTE lub CPTU), czy też stożek mechaniczny (CPTM). Jedną z podstawowych różnic jest położenie tulei ciernej. W stożku mechanicznym (tzw. stożek Begemanna) jest ona położona nieco dalej za stożkiem, co sprawia, że grunt wstępnie przemieszczony przez stożek może się następnie znaleźć pomiędzy stożkiem, a tuleją cierną, powodując dodatkowy opór na czole tulei, a nie tylko tarcie na jej pobocznicy. Korzystanie ze stożka Begemanna wymaga też użycia dodatkowego zestawu żedzi wewnętrznych, a przy braku kontroli pionowości badania nie można wykluczyć wpływu tarcia żerdzi zewnętrzych o wewnętrzne. Nie bez znaczenia jest też niska rozdzialczość w pionie – odczyty wykonuje się zaledwie co 20 cm głębokości. Wymienione problemy i związana z nimi bardzo niska dokładność pomiaru, moim zdaniem, całkowicie dyskwalifikują ten stożek – tłumaczy dr inż. Bartłomiej Czado.

Stożki o powierzchni przekroju 15 cm2

Wśród podstawowych zalet, przemawiających za stosowaniem stożka o powierzchni przekroju 15 cm2, wymienić należy większą wytrzymałość mechaniczną konstrukcji stożka oraz sztywność na zginanie, wynikające z jego większych rozmiarów. Stożek taki pozwala ponadto na redukcję całkowitej siły wcisku (przy zastosowaniu żerdzi o średnicy 36 mm). Dzięki tym czynnikom można na ogół osiągać większe głębokości penetracji niż przy użyciu typowego stożka. Ponadto, większy stożek charakteryzuje się ograniczonym wpływem natrafienia na pojedyncze ziarna żwiru i kamienie (np. w glinach zwałowych) na rejestrowany parametr.

Porównanie wyników: stożek 10 cm2 a 15 cm2

Niezależnie od badań prowadzonych m.in. w USA i Holandii (kolebki badań CPT) firma BAARS przeprowadziła własne badania, mające na celu porównanie wyników uzyskanych podczas pracy stożkiem o powierzchni przekroju 10 cm2 oraz stożkiem o powierzchni przekroju 15 cm2. Na poletku doświadczalnym przeprowadzone zostały obok siebie po trzy badania każdego typu. Różnice w wynikach badań przeprowadzonych stożkiem 10 cm2 oraz 15 cm2, o ile w ogóle występują, są tego samego rzędu, co zmienność wynikająca z przesunięcia punktu badawczego o jeden metr w terenie, czyli pomijalnie małe – tłumaczył dr inż. Bartłomiej Czado.