Testowanie na miejscu

Badania in-situ odnoszą się do metod testowania przeprowadzanych bezpośrednio na ziemi, skale lub glebie w określonym miejscu. Badania te przeprowadza się w celu zebrania informacji o właściwościach geotechnicznych terenu, takich jak wytrzymałość, sztywność, przepuszczalność i charakterystyka deformacji. Badania na miejscu są ważnym elementem badań terenu, ponieważ umożliwiają inżynierom i geologom ocenę warunków podpowierzchniowych oraz przydatności terenu do różnych typów projektów budowlanych.

Metody badań na miejscu dzieli się zwykle na dwie szerokie kategorie: (1) testy penetracyjne, które obejmują wbijanie narzędzia lub przyrządu w ziemię i pomiar oporu lub szybkości penetracji oraz (2) testy niepenetracyjne, które obejmują pomiary różnych właściwości fizyczne gruntu lub gleby bez wnikania w nią. Do najczęściej stosowanych metod testowania na miejscu należą: standardowy test penetracji (SPT), test penetracji stożka (CPT), test ciśnieniomierza i test dylatometryczny. Każdy z tych testów ma swoje zalety i ograniczenia, a wybór metody badawczej będzie zależał od konkretnych celów badania i właściwości badanego miejsca.

Znaczenie w badaniu miejsca

Badania na miejscu są ważną częścią badania terenu, ponieważ pomagają lepiej zrozumieć charakterystykę i zachowanie gleby i skał w rzeczywistych warunkach panujących na miejscu. Wyniki uzyskane z badań na miejscu służą do oceny właściwości geotechnicznych gleby i skał, które z kolei są wykorzystywane do projektowania i budowy różnych projektów inżynierii lądowej, takich jak budynki, drogi, mosty, tamy i tunele.

Badania in-situ mogą również dostarczyć informacji na temat obecności zagrożeń naturalnych, takich jak osunięcia się ziemi, upłynnienie i osiadanie. Rozumiejąc właściwości geotechniczne terenu, inżynierowie mogą zaprojektować odpowiednie fundamenty, roboty ziemne i inne konstrukcje geotechniczne, aby zminimalizować ryzyko awarii oraz zapewnić bezpieczeństwo i stabilność konstrukcji przez cały projektowany okres ich użytkowania.

Rodzaje badań in-situ

W badaniach geotechnicznych stosuje się różne rodzaje badań in-situ. Niektóre z powszechnie stosowanych testów in-situ to:

1. Standardowy test penetracji (SPT): Test ten polega na wbiciu w ziemię próbnika z dzieloną łyżką przy użyciu standardowej masy i wysokości upadku. Rejestruje się liczbę uderzeń wymaganych do przejechania próbnika na zadaną odległość i wykorzystuje się ją do określenia oporu gleby.
2. Test penetracji stożkowej (CPT): Test ten polega na wpychaniu penetrometru w kształcie stożka w ziemię ze stałą szybkością penetracji. Mierzy się odporność gleby na penetrację i wykorzystuje się ją do określenia właściwości gleby.
3. Test ciśnieniomierza: Test ten polega na włożeniu cylindrycznej sondy do otworu wiertniczego, a następnie rozprężeniu jej za pomocą ciśnienia wody. Mierzone jest ciśnienie wymagane do rozprężenia sondy i wykorzystywane do określenia sztywności i wytrzymałości gruntu.
4. Test ścinania łopatki: Test ten polega na włożeniu łopatki w glebę, a następnie obróceniu jej w celu zmierzenia momentu obrotowego wymaganego do spowodowania awarii. Badanie służy do określenia wytrzymałości na ścinanie miękkich i sztywnych glin.
5. Test obciążenia płyty: Test ten polega na umieszczeniu stalowej płyty na powierzchni ziemi i przyłożeniu obciążenia. Mierzy się osiadanie płyty pod obciążeniem i wykorzystuje się je do określenia nośności gruntu.
6. Test otworów krzyżowych: Test ten polega na wywierceniu dwóch lub więcej otworów wiertniczych i umieszczeniu w nich czujników sejsmicznych. W jednym odwiercie generowana jest fala akustyczna i mierzony jest czas jej przemieszczania się do pozostałych odwiertów. Badanie służy do określenia prędkości fali poprzecznej i sztywności gruntu pomiędzy odwiertami.
7. Test odwiertowy: Test ten polega na umieszczeniu sondy w odwiercie i zmierzeniu właściwości gleby na różnych głębokościach. Badanie służy do określenia gleby stratygrafia i właściwości sztywności na różnych głębokościach.

Standardowy test penetracyjny (SPT)

Standardowy test penetracyjny (SPT) jest szeroko stosowanym badaniem in-situ w celu określenia właściwości geotechnicznych gruntu na miejscu. Badanie polega na wbiciu w ziemię standardowego próbnika za pomocą młotka o standardowej masie i odległości spadania. Liczbę uderzeń wymaganych do wbicia próbnika na standardową odległość w glebę rejestruje się jako „wartość N” SPT. SPT służy do oszacowania wytrzymałości na ścinanie, gęstości i innych właściwości gleby.

Badanie SPT przeprowadza się poprzez wywiercenie otworu w glebie, zwykle przy użyciu świdra z wydrążonym trzonem, i wprowadzenie do otworu rurki próbnika. Następnie próbnik dwułyżkowy wbija się w ziemię na dnie odwiertu za pomocą standardowego młotka o masie 63.5 kg i spada ze standardowej odległości 75 cm. Nie liczy się liczby uderzeń wymaganych do wbicia próbnika przez pierwsze 15 cm penetracji, a liczbę uderzeń wymaganych przez kolejne trzy przyrosty co 15 cm rejestruje się jako wartość N SPT.

SPT jest stosunkowo szybkim i niedrogim testem, co czyni go popularnym wyborem w przypadku badań terenowych. Jednakże na wyniki testu mogą wpływać takie czynniki, jak rodzaj gleby, wielkość próbnika i energia młota, które należy wziąć pod uwagę przy interpretacji wyników.

Test penetracji stożka (CPT)

Test penetracji stożkowej (CPT) jest szeroko stosowaną metodą badań in-situ w inżynierii geotechnicznej. Polega na wbijaniu penetrometru stożkowego w grunt ze stałą szybkością penetracji i pomiarze oporu penetracji oraz ciśnienia wody porowej na różnych głębokościach. Penetometr stożkowy zazwyczaj składa się ze stalowej końcówki stożkowej, szeregu segmentów tulei ciernej i przetwornika ciśnienia wody w porach. Gdy penetrometr stożkowy jest wbijany w ziemię, w sposób ciągły rejestrowane są pomiary oporu penetracji i ciśnienia wody w porach, co pozwala uzyskać profil właściwości gleby lub skał wraz z głębokością.

CPT jest często używany do uzyskania informacji o rodzaju gleby, wytrzymałości i ściśliwości, a także o stanie wód gruntowych. Wyniki badań można wykorzystać do oszacowania nośności gleby, osiadania fundamentów, potencjału upłynniania i gleby stabilność zbocza. CPT jest uważana za niezawodną i opłacalną metodę badania terenu, szczególnie w przypadku dużych i złożonych projektów.

Test ciśnieniomierza

Badanie ciśnieniowe jest badaniem in situ stosowanym do pomiaru charakterystyki naprężenia i odkształcenia gruntów in situ skały. W tym teście cylindryczna sonda jest wkładana w ziemię, a następnie sonda jest rozprężana poprzez wywieranie nacisku na wnętrze sondy. Ciśnienie zwiększa się stopniowo, monitorując objętość sondy. Uzyskane dane dotyczące ciśnienia i objętości wykorzystywane są do określenia modułu odkształcenia i parametrów wytrzymałości na ścinanie badanego gruntu lub skały. Test ciśnieniowy jest często stosowany w miękkich glebach, gdzie standardowe badanie penetracyjne lub badanie penetracyjne stożka może nie być odpowiednie. Jest również powszechnie stosowany w projektowaniu geotechnicznym fundamentów i konstrukcji oporowych.

Test ścinania łopatek

Próba ścinania łopatkowego jest badaniem geotechnicznym in-situ stosowanym do określenia wytrzymałości na ścinanie bez odpływu gruntów spoistych od miękkich do sztywnych. Badanie polega na wepchnięciu czterołopatkowej łopatki pionowo w glebę, obracaniu jej ze stałą szybkością ścinania i pomiarze momentu obrotowego wymaganego do utrzymania obrotu. Pomiar momentu obrotowego służy do określenia maksymalnego oporu na ścinanie, który służy do obliczenia wytrzymałości gruntu na ścinanie bez drenażu.

Test łopatkowy na ścinanie jest szczególnie przydatny w ocenie wytrzymałości iłów i iłów i często jest stosowany do szacowania wytrzymałości gruntów na ścinanie bez drenażu przy projektowaniu płytkich fundamentów, ścian oporowych i nasypów. Badanie jest szybkie, niedrogie i można je przeprowadzić w odwiertach lub wykopach badawczych bez konieczności wydobywania gruntu.

Test obciążenia płyty

Test obciążenia płytowego (PLT) to badanie in-situ stosowane w celu określenia ostatecznej nośności gruntu i prawdopodobnego osiadania konstrukcji na tym gruncie. Badanie polega na umieszczeniu na powierzchni gruntu stalowej płyty i obciążaniu jej podnośnikiem hydraulicznym do momentu, aż płyta zacznie zagłębiać się w glebę. Wielkość osiadania i nacisk wywierany na płytę mierzy się na różnych etapach obciążenia, aby ustalić krzywą obciążenie-osiadanie.

Na podstawie krzywej obciążenia i osiadania można oszacować ostateczną nośność gruntu, moduł odkształcenia i inne właściwości gruntu. Informacje te są przydatne przy projektowaniu płytkich fundamentów pod konstrukcje, takie jak budynki i mosty, oraz przy ocenie stateczności nasypów i skarp.

PLT jest zwykle używany w połączeniu z innymi techniki badania miejsca, takie jak wiercenie otworów wiertniczych i pobieranie próbek oraz badania geofizyczne, aby zapewnić wszechstronne zrozumienie warunków glebowych i skalnych na danym terenie.

Test z otworami krzyżowymi

Badania metodą odwiertów krzyżowych to technika geofizyczna in-situ stosowana do określania właściwości sejsmicznych gleby lub materiałów skalnych pomiędzy dwoma lub większą liczbą odwiertów. Metoda polega na wygenerowaniu fali sejsmicznej w jednym odwiercie za pomocą źródła energii, takiego jak młotek lub materiał wybuchowy, i zarejestrowaniu reakcji na falę w pobliskim odwiercie za pomocą geofonu lub akcelerometru. Analizując czas przybycia, amplitudę i częstotliwość fali do odbiornika, geofizycy mogą określić właściwości materiału pomiędzy odwiertami, takie jak prędkość sejsmiczna, moduł ścinania i współczynnik Poissona. Badania metodą otworów przelotowych są powszechnie stosowane w badaniach geotechnicznych i geofizycznych podłoża, np. przy projektowaniu fundamentów, ocenie zagrożeń sejsmicznych i charakteryzacji wód gruntowych.

Próba odwiertu

Badania odwiertowe to rodzaj badań in-situ polegających na pomiarze parametrów geotechnicznych w odwiercie. Ten typ badań jest powszechnie stosowany w poszukiwaniach minerałów, ale można go również zastosować w inżynierii geotechnicznej i badaniach środowiskowych.

Istnieje kilka rodzajów testów odwiertów, w tym:

1. Badania sejsmiczne w odwiercie: obejmują pomiar prędkości i tłumienia fale sejsmiczne w warstwach skalnych otaczających odwiert. Informacje te można wykorzystać do wywnioskowania właściwości elastycznych skały, co może być ważne w zastosowaniach geoinżynierii.
2. Rejestracja w odwiercie: polega na opuszczeniu narzędzia do pozyskiwania drewna w dół odwiertu w celu pomiaru różnych właściwości skały, takich jak gęstość, porowatość i przewodność elektryczna. Informacje te można wykorzystać do scharakteryzowania geologii i hydrologii podłoża i mogą być ważne w poszukiwaniach minerałów, inżynierii geotechnicznej i badaniach środowiskowych.
3. Badanie przepuszczalności odwiertu: obejmuje wstrzykiwanie lub pompowanie wody do odwiertu i pomiar reakcji ciśnienia. Informacje te można wykorzystać do oszacowania przepuszczalności otaczającej skały, co może być ważne w zastosowaniach hydrogeologicznych i inżynierii geotechnicznej.

Ogólnie rzecz biorąc, badania odwiertów mogą dostarczyć cennych informacji na temat geologii i właściwości podpowierzchniowych, które mogą być ważne w szerokim zakresie zastosowań.