Statická penetrační zkouška (CPT, CPTu) je terénní geotechnická zkouška, která slouží k získání informací o vlastnostech zemin. Je to klíčová metoda pro geotechnický průzkum a zkoušení.
Princip statické penetrační zkoušky
Principem statické penetrační zkoušky je zatlačení penetračního hrotu pomocí kolony penetračních tyčí konstantní rychlostí (20-25 mm/s) do zeminy. Během průběhu penetrační zkoušky se zaznamenávají hodnoty odporu na hrotu (qc) a lokálního plášťového tření (fs).
- Odpor hrotu (qc): Vyjadřuje poměr měřené síly na špičce penetračního hrotu Qc a plochy kolmého průřezu špičky Ac. Odpor hrotu tedy obecně vyjadřuje odpor proti vnikání kuželového hrotu do zeminy (podloží). Průměr špičky penetračního hrotu se obvykle pohybuje v rozmezí 25-50 mm.
- Lokální plášťové tření (fs): Vyjadřuje poměr měřené síly na třecí manžetě Fs a plochy jejího pláště As.
Statická penetrační zkouška s elektrickým snímáním dat a měřením pórového tlaku (CPTU) navíc měří dynamický pórový tlak u (MPa) a jednoosý sklon i (°). Pórové tlaky se měří za hrotem sondy. Výsledným vypočteným parametrem je třecí poměr Rf (uvedený v %).
Vybavení pro statické penetrační zkoušky
Statické penetrační zkoušky jsou prováděny specializovanými soupravami. Například společnost TERRATEST s.r.o. využívá těžkou statickou penetrační soupravu typu GOUDA Holland s tlačnou kapacitou 200 kN. Tato souprava je usazena na podvozku nákladního vozidla TATRA T 815, které je upraveno tak, aby tvořilo potřebnou protizátěž. Před provedením sondy je celé vozidlo vyzdviženo na hydraulických podpěrách a ustaveno do horizontální polohy.
Další typ soupravy je pásová souprava Pagani TG63-150, která umožňuje provádění statické penetrace (CPTU), dynamické penetrace (DPSH-B) a vrtání včetně odběru vzorků zemin. Maximální tlačná kapacita soupravy je 150 kN.
Čtěte také: Penetrace betonové podlahy: přehled
Měření CPTM (mechanickým hrotem) je prováděno mechanickým hrotem typu BEGEMANN typ M2 od výrobce GEOMIL EQUIPMMENT B.V. (Nizozemí) s měřenými parametry Qt (celková penetrační síla), qc (měrný penetrační odpor), fs (měrné plášťové tření) a vypočteným parametrem Rf (třecí poměr). Měření CPTM je prováděno diskontinuálně v hloubkových intervalech 0,2 m, konstantní rychlostí 2 cm/s.
Měření CPTU je provedeno elektrickými penetračními hroty od společnosti GeoMil Equipment s měřenými parametry qc, fs, dynamický pórový tlak u, jednoosý sklon i a vypočtený parametr Rf s hloubkovým intervalem 0,01 m. Měřené síly jsou snímány měřícím zařízením Typ C (elektrické snímače měřící přímo síly v penetračním hrotu). Povolená minimální přesnost měřených parametrů je vyšší hodnota z uvedených dvou.
Výsledky a vyhodnocení statických penetračních zkoušek
Výsledkem statické penetrační zkoušky je průběh zkoušky zobrazený pomocí grafu. Záznamy z měření, jakož i výsledky jsou pro velké množství dat prezentovány v hloubkovém intervalu 0,1 m. Výsledky základních penetračních charakteristik se kvalitativně a kvantitativně vyhodnocují.
Kvalitativní vyhodnocení
Nejprve se provádí filtrace naměřených veličin, tj. úprava hodnot měrného plášťového tření FS, která je nutná pouze při měření mechanickým hrotem. V dalším kvalitativním vyhodnocení sondáže je provedeno základní rozvrstvení jednotlivých penetračních sond do vrstev zemin a hornin podle vyhodnoceného pravděpodobného granulometrického složení. Tyto vrstvy jsou dále rozděleny do dílčích poloh přibližně stejných geotechnických vlastností.
Podle výsledků kvalitativního vyhodnocení je pak provedeno zařazení jednotlivých vrstev a poloh zemin a hornin do klasifikačních tříd a skupin základových půd. Zatřídění je v geotechnických profilech sond uvedeno ve sloupci „Interpretovaný geologický a geotechnický popis z penetrace (složení a základní vlastnosti zákl. půd)“ a je dáno do závorek, protože se jedná o zatřídění, i když poměrně spolehlivé, přeci jen pravděpodobné.
Čtěte také: Použití asfaltové penetrace na dřevo: Praktický průvodce
Současně s tímto zatříděním jsou uváděny i třídy těžitelnosti základových půd (značeny písemným symbolem „T“ s uvedením čísla třídy, např. T3). Třída 5 je určena pro hodnocení smíšených usazených zemin typu A až D. Pro typy B až D je profilování, popis zeminy a interpretace možná na základě geotechnických parametrů. Pro velmi měkké vrstvy (typ A) je možné jenom profilování. Popis zeminy a interpretace na základě geotechnických parametrů, zejména pro velmi měkké vrstvy, je možná pouze v případě dostupnosti příslušných geologických a geotechnických informací.
Kvantitativní vyhodnocení
V následném kvantitativním vyhodnocení jsou pak výpočtově, na základě empirických korelačních vztahů, stanoveny edometrické (Eoed,p) nebo deformační (Edef,p) moduly stlačitelnosti z penetrace, a to spolu s příslušným Poissonovým číslem „m“. Moduly stlačitelnosti z penetrace jsou určeny na základě vztahů podle ing. Matouška. Vztahy byly odvozeny statistickým vyhodnocením penetračních odporů, třecích poměrů a dalších speciálních penetračních charakteristik s dlouhodobě shromažďovanými výsledky laboratorních a polních zkoušek stlačitelnosti, případně i přímo z výsledků sedání stavebních konstrukcí.
Přitom bylo zjištěno, že s výsledky laboratorních zkoušek penetrační zkoušky dobře korespondují pouze u zemin málo propustných. U propustnějších zemin, zejména písčitých, nebo čistě prachovitých dochází při odběrech neporušených vzorků k výraznému zhutnění. Proto bylo nutno u těchto zemin vycházet ze srovnání podle zkoušek stlačitelnosti in situ (zatěžovacích zkoušek kruhovou deskou, příp. presiometrických zkoušek).
Pevnostní charakteristiky (úhel vnitřního tření a kohese) jsou určovány rovněž podle vztahů ing. Matouška. Pevnostní a přetvárné charakteristiky základových půd jsou doplněny hmotnostními charakteristikami, které jsou převzaty z tabulek směrných normových charakteristik z ČSN 731001 „Základová půda pod plošnými základy“. Jen v případech velmi nízkých nebo vysokých penetračních pevností bývají tyto hmotnostní parametry v penetračních sondách upravovány tak, aby lépe vystihovaly skutečnost. Přitom se přihlíží k hodnotám zdánlivých pórovitostí, na které lze rovněž speciálními postupy z hodnot penetračních veličin usuzovat.
Výsledkem jsou geotechnické profily penetračních sond s přehledem přetvárných a pevnostních, případně i hmotnostních charakteristik základových půd. U jednotlivých vrstev nebo geotechnicky odlišných poloh základových půd je uváděno orientační zatřídění do klasifikačních tříd základových půd a velmi spolehlivé zatřídění do tříd těžitelnosti.
Čtěte také: Důležitost penetrace pro betonovou dlažbu
Softwarová podpora
Zkoušky CPT jsou vstupním údajem pro výpočty v programu "Pilota CPT" a "Patky CPT" a modelování podloží v programu "Stratigrafie". Import zkoušek CPT se provádí pomocí tlačítka "Import" - otevře se dialogové okno, ve kterém vybereme zkoušky, které chceme importovat. V dialogovém okně "Nová zkouška" se zadává název zkoušky a svislý posun počátku zkoušky. V programu Stratigrafie se zadávají také souřadnice x, y, z. V tabulce se zadávají naměřené hodnoty penetračního odporu qc v dané hloubce. Pro výpočet únosnosti piloty dle Schmertmanna je nutné zadat také hodnoty lokálního plášťového tření fs. Zadání hodnot pórového tlaku u2 je nutné při provádění klasifikace zemin.
Související zkoušky
Kromě statických penetračních zkoušek se v geotechnice používají i další terénní zkoušky:
Statické zatěžovací zkoušky deskou
Statická zatěžovací zkouška deskou patří mezi nepřímé metody kontroly hutnění. Výsledným parametrem zkoušky je modul deformace z druhého zatěžovacího stupně Edef2 a poměr Edef2/Edef1. Statickou zatěžovací zkouškou deskou je možno kontrolovat kvalitu hutnění a stanovit např. deformační parametry zemní pláně, základových patek apod. Pro provedení statické zatěžovací zkoušky je potřeba, aby zadavatel zajistil v místě provedení zkoušky vhodnou protizátěž (např. naložené nákladní auto o hmotnosti cca 12 tun - Tatra, Liaz. Dále lze použít těžší hutnící válce používané při hutnění zemního tělesa).
Statické zatěžovací zkoušky provádíme zařízením, které je vybaveno elektronickými snímači síly, tlaku a elektronickou vyhodnocovací jednotkou. Program vyhodnocovací jednotky umožňuje měření podle ČSN, DIN a dalších zákaznických programovatelných algoritmů. Průběh zkoušek se ukládá do paměti.
Dynamické penetrační sondování
Dynamické penetrační sondování provádíme střední a těžkou dynamickou soupravou (pneumatická RAMMSONDA, typ S-100) a penetrační sondou DCP Kessler podle platné evropské normy ČSN EN ISO 22 476-2. Princip metody spočívá v zarážení soutyčí, opatřeného koncovým kalibrovaným kuželem do zeminy, pomocí beranu padajícího z konstantní výšky. Při sondování je registrován počet úderů N10 potřebný k zaražení soutyčí o 10 cm. Výpočtem je zjišťována hodnota měrného dynamického odporu qdyn.
Výsledky z dynamické penetrační zkoušky jsou prezentovány jako počet úderů (N10) na 10 cm penetrace vůči hloubce. Hodnota qd je rovněž užitečná pro srovnávání různých typů přístrojů. Hodnota redukovaného dynamického odporu uvažuje mimo jiné se ztrátou energie, která se ve větších hloubkách ztratí během přenosu soutyčí, bere v úvahu setrvačnost soutyčí, beranu apod.
Lehká rázová dynamická zatěžovací zkouška deskou
Rázová zatěžovací zkouška lehkou dynamickou deskou se používá zejména při kontrolách kvality zemních prací na liniových stavbách, násypech, zásypech a obsypech kanalizací, zpětných zásypech, zlepšených zeminách apod. Díky nízké hmotnosti a snadné manipulaci je vhodná do míst, kde není možno provádět statickou zatěžovací zkoušku (např. přechodové oblasti mostů, zásypy kolem pilířů, nepřístupnost pro protizátěž apod.). Metoda je vhodná pro nesoudržné zeminy (písky, štěrky) zrnitostní frakce do 63 mm. Dále je se používá při kontrole hutnění u vápnem zlepšených zemin. Použití rázové zatěžovací zkoušky lehkou dynamickou deskou není možno považovat za náhradu statické zatěžovací zkoušky.
Normy
Jednotlivé zkoušky a jejich vyhodnocení jsou prováděny podle platných norem ČSN, ČSN EN, TP:
- ČSN EN ISO 22476-1: Geotechnický průzkum a zkoušení - Terénní zkoušky. Část 1: Statická penetrační zkouška s elektrickým snímáním dat a měřením pórového tlaku. 2013.
- ČSN EN ISO 22476-12: Geotechnický průzkum a zkoušení - Terénní zkoušky. Část 12: Statická penetrační zkouška s mechanickým hrotem. 2009.
- ČSN EN ISO 22476-2: Geotechnický průzkum a zkoušení - Terénní zkoušky. Část 2: Dynamická penetrační zkouška (06/2005).
tags: #co #je #sonda #staticke #penetrace