ZNACZENIE BADA IN SITU W PROJEKTOWANIU GEOTECHNICZNYM 1

Transkrypt

1 Architectura 12 (4) 2013, 6173 ZNACZENIE BADA IN SITU W PROJEKTOWANIU GEOTECHNICZNYM 1 Kazimierz Garbulewski, Mariusz Lech Szkoa Gówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Streszczenie. Artyku zawiera opis metod bada in situ, które zgodnie z norm Eurokod 7 s wymagane w projektowaniu geotechnicznym do rozpoznawania warunków posadowienia obiektów budowlanych i okrelania parametrów podoa gruntowego w celu sprawdzenia stanów granicznych. Podano kierunki rozwoju metod bada in situ z uwzgldnieniem innowacyjnych zmian wprowadzonych do praktyki w ostatnich latach. Ponadto w artykule przedstawiono przegld referatów zgoszonych na konferencj ProGeotech 2013 Projektowanie geotechniczne badania i dobór parametrów do sesji I Badania polowe wedug EC 7, z krytycznymi uwagami do dyskusji podczas sesji konferencyjnej. Sowa kluczowe: badania in situ, projektowanie geotechniczne, Eurokod 7 PRZEGLD METOD BADA W ostatnich kilku dekadach obserwuje si cigy rozwój i wzrost znaczenia bada in situ, w szczególnoci w przypadkach bada podoa, z którego trudno pobra próbki gruntów do bada laboratoryjnych o wymaganej klasie jakoci I lub II [Robertson 2012]. Do tego typu zalicza si podoa, w których stwierdzono wystpowanie gruntów bardzo sabych (np. organicznych lub wymieszanych drobnych i grubych materiaów koluwialnych), jak równie materiaów antropogenicznych, w tym odpadowych. Wedug Mayne i innych [2009] rozwój i znaczenie bada in situ wynika z niepodwaalnych ich zalet, do których s zaliczane: wiksza wydajno i efektywno ekonomiczna w porównaniu z pobieraniem próbek i badaniami laboratoryjnymi, dua liczba danych oraz ocena zmiennoci zarówno pionowej, jak i poziomej. Cigy zapis wyników bada in situ pozwala okreli zmienno gruntów i ich waciwoci na poziomie trudnym do uzyskania innymi metodami, take za pomoc bada laboratoryjnych. Naley jednake podkreli, e za- 1 Praca naukowa nansowana ze rodków na nauk w latach jako projekt badawczy nr N N Adres do korespondencji Corresponding author: Kazimierz Garbulewski, Szkoa Gówna Gospodarstwa Wiejskiego, Katedra Geoinynierii, ul. Nowoursynowska 159, Warszawa, kazimierz_garbulewski@sggw.pl

2 62 K. Garbulewski, M. Lech równo badania in situ, jak i badania laboratoryjne zawieraj podobne ryzyko niewykrycia w podou ekstremalnych warunków geotechnicznych, na przykad niewielkiej miszo- ci warstw sabych gruntów, decydujcych czsto o statecznoci projektowanej budowli. Wymagany w projektowaniu posadowie obiektów budowlanych zakres i ogólne wymagania metodyczne bada in situ zostay podane w normie PN-EN , zalenie od kategorii geotechnicznej obiektu. Z denicji kategorii geotechnicznej wynika, e przy klasykowaniu projektowanych obiektów uwzgldnia si ocen ryzyka. W normie podano jednake tylko zasady dotyczce powszechnie stosowanych w krajach europejskich bada, które wybrano, przyjmujc nastpujce kryteria: znaczenie w geotechnicznej praktyce, moliwo wykonywania bada przez usugowe przedsibiorstwa oraz akceptowane w krajach UE procedury badawcze. Badania in situ, oprócz normy PN-EN , byy opisywane w licznych artyku- ach publikowanych w czasopismach i materiaach konferencyjnych w Polsce i zagranic. Stan wiedzy o metodach bada, kierunkach ich rozwoju, zasadach interpretacji wyników z przykadami zastosowania praktycznego by w ostatnich latach przedstawiany midzy innymi przez Powella [2005], Mynarka [2007, 2011], Mayne i innych 2009 oraz Robertsona [2012]. Publikacjami wyjtkowej wagi, zawierajcymi obszern i wnikliw charakterystyk bada in situ w Polsce na tle osigni czoowych w wiecie orodków naukowo-badawczych, s publikacje Mynarka, na przykad referat opublikowany w materiaach konferencji szkoleniowej w Wile [Mynarek 2013]. Zakres typowych bada podoa w terenie obejmuje: wiercenia z pobieraniem z wytypowanych gbokoci próbek gruntów o nienaruszonej strukturze za pomoc cienkociennych próbników (np. Shelby, NeSGI), badania czsto w regularnych przedziaach gbokoci (np. co 1,5 m) sond SPT z pobraniem próbek gruntów do bada makroskopowych i sondowania CPTU i DMT lub coraz czciej, zwaszcza w przypadku obiektów budowlanych 3. kategorii geotechnicznej, wieloparametryczne sondowania SCPTU (np. sond Icone Seismic Module) i SDMT (dylatometr sejsmiczny). Pomimo e sondowanie CPTU jest szybsze (prdko wciskania sondy wynosi 20 mm s 1 ) i tasze, obie metody sondowa s powszechnie zalecane i wykonywane równolegle, a wyniki bada uwa- ane za porównywalne i równorzdne [Mayne i in. 2009, Robertson 2009, Rabarijoely i Garbulewski 2013]. Niewtpliw jednake zalet, wiadczc o przewadze sondowa CPTU nad DMT, jest cigy w prolu podoa wynik pomiarów sond CPTU (q c, f s, u), których interpretacja pozwala na uzyskanie informacji o zmiennoci w podou gruntów i ich waciwoci. W zestawie bada SCPTU znajduje si rejestrator z moliwoci zapisywania pomiarów z czstotliwoci 50 s lub wiksz w celu zapewnienia odpowiedniej dokadnoci w okrelaniu prdkoci fal akustycznych w podou gruntowym. W sondowaniach DMT pomiary wykonywane s punktowo co 0,2 m gbokoci. Biorc pod uwag warunki bada obiema sondami, mona uzna za uzasadnion opini, e wyniki bada CPTU pozwalaj uzyska bardziej wiarygodne parametry wytrzymaociowe, a DMT odksztaceniowe, ze wzgldu na mechanizm odksztace podoa. Badania in situ s szczególnie trudne do przeprowadzenia i interpretacji wyników w przypadku wystpowania w podou gruntów sabych, na przykad organicznych lub mineralnych o wskaniku konsystencji I c < 0,5, albo gruntów bardzo sztywnych. W pierwszym przypadku z powodzeniem jest jeszcze stosowana sonda krzyakowa (FVT), natomiast w drugim presjometry (PMT). Do wyboru najbardziej efektywnej Acta Sci. Pol.

3 Znaczenie bada in situ w projektowaniu geotechnicznym 63 metody bada in situ pomocne jest w pewnym stopniu podane w Eurokodzie 7 zestawienie stosowalnoci obecnie dostpnego sprztu. Interpretujc wyniki bada in situ, mona uzyska wartoci parametrów geotechnicznych najczciej wykorzystywanych w praktyce, do których nale midzy innymi: parametry stanu podoa w warunkach in situ (np. wskanik prekonsolidacji OCR), parametry wytrzymaociowe, sztywno gruntu, ciliwo i przepuszczalno hydrauliczna, czyli zestaw parametrów wyjciowych potrzebnych do sprawdzenia stanów granicznych projektowanych obiektów budowlanych. Badania i zasadnicze wymagania, które powinny by uwzgldnione w trakcie ich prowadzenia w terenie przedstawione w normie PN-EN s na ogó powszechnie znane; mog one stanowi pomoc jedynie dla inynierów bez wikszego dowiadczenia. Bardziej wartociowe dla praktyki s szczegóowe zalecenia zawarte w normie EN-ISO (czci od 1 do 13), któr naley traktowa jako nierozerwaln cz Eurokodu 7. W normie PN-EN , jak równie w normach zharmonizowanych nie uwzgldniono coraz powszechniej stosowanych w praktyce sond geotechnicznych wyposaonych w dodatkowe sensory pozwalajce pomierzy na przykad prdko fali sejsmicznej lub przewodno elektryczn orodka gruntowego. Zastosowanie w badaniach terenowych sondowa SCPTU, SDMT lub sejsmiki powierzchniowej odgrywa coraz wiksz rol, na przykad w ocenie jakoci próbek i wynikajcej z tego prawidowej ocenie parametrów geotechnicznych podoa budowli. Obecnie wykorzystywane do okrelenia parametrów gruntowych techniki bada laboratoryjnych, obejmujce midzy innymi pomiar prdko- ci propagacji fali poprzecznej i podunej, wymagaj pobrania w terenie próbek gruntu o najwyszej jakoci, która powinna by skontrolowana w laboratorium. Wyniki bada przeprowadzonych w ostatnim okresie wykazay, e porównanie prdkoci fali sejsmicznej w terenie i w warunkach laboratoryjnych pozwala okreli jako próbek gruntów pobranych w terenie, w tym próbek gruntów sabych, na przykad mikkoplastycznych iów [Tanaka 2002, Landon i in. 2007, Hight 2013], jak równie gruntów scementowanych [Fereira i in. 2011]. W coraz wikszym stopniu, zarówno do opracowania programu bada in situ, jak i interpretacji wyników sondowa i bada innymi metodami, wykorzystywane s równie badania teledetekcyjne. Badania teledetekcyjne, w tym wykonywanie i interpretacja zdj lotniczych i satelitarnych oraz lotniczy i naziemny skaning laserowy, umoliwiaj zebranie danych do utworzenia cyfrowego modelu terenu (DMT). Model taki, opracowany lub kupiony i zwerykowany, pozwala midzy innymi: pozna rzeb terenu, opracowa trójwymiarowe modele obiektów (np. waów przeciwpowodziowych w celu oceny zagroenia powodziowego przylegych terenów), okreli szat rolinn i rozkad wilgotnoci w powierzchniowej warstwie podoa. Procedury geomatyki wykorzystywane s do równoczesnej analizy wielu danych dotyczcych stanu rodowiska i obiektów przestrzennie odniesionych do powierzchni terenu lub ich interakcji. Eurokod 7 dopuszcza stosowanie nowatorskich metod rozpoznawania podoa gruntowego z zastrzeeniem, e w takich przypadkach naley bezwzgldnie przeprowadzi badania werykujce za pomoc innej powszechnie uznanej metody badawczej. Metody geozyczne znajduj w ostatnich latach szerokie zastosowanie w praktyce inynierskiej, zarówno w badaniach geologiczno-inynierskich, jak i w badaniach rodowiskowych. Badania te mona podzieli na cztery gówne grupy: grawimetryczne, magnetometryczne, sejsmiczne i geoelektryczne. Metody geozyczne polegaj ogólnie na przewietlaniu Architectura 12 (4) 2013

4 Rys. 1. Diagram doboru bada do oceny warunków geotechnicznych posadowienia projektowanych obiektów budowlanych Fig. 1. Diagram for selection of tests required to geotechnical site characterization of design structures

5 Znaczenie bada in situ w projektowaniu geotechnicznym 65 prolu gruntowego i pomiarze parametrów zycznych gruntów bez naruszania ich struktury. Metody te mog by stosowane na rónych etapach prac terenowych jako badania wstpne majce na celu orientacyjne rozpoznanie warunków gruntowych lub jako badania uzupeniajce pozwalajce na zagszczenie punktów pomiarowych oraz w monitoringu. W badaniach rodowiska gruntowo-wodnego wykorzystywane s gównie dwie metody bada: metoda elektrooporowa (prolowanie oraz tomograa elektrooporowa) i elektromagnetyczna (georadar). Pozostae metody w zakresie monitoringu i rozpoznawania stanu rodowiska s mniej uyteczne i ich zastosowanie w praktyce jest rzadsze. Badania sejsmiczne stosowane s od dziesicioleci na szerok skal w poszukiwaniach geologicznych, a postpujcy rozwój, bdcy konsekwencj miniaturyzacji sprztu komputerowego i cyfrowego przetwarzania pomierzonych danych oraz interpretacji wyników pomiarów, spowodowa ich coraz czstsze wykorzystanie w badaniach podoy gruntowych. Na podstawie prdkoci rozchodzenia si fali sejsmicznej wygenerowanej na powierzchni terenu okrelane s zwykle parametry spryste podoa. Biorc pod uwag zalety bada metodami geozycznymi, zwaszcza moliwo uzyskania przestrzennego modelu podoa projektowanych budowli, naley sdzi, e bd one w coraz szerszym zakresie wykorzystywane w projektowaniu geotechnicznym, a norma PN-EN zostanie uzupeniona o wytyczne ich stosowania. Rozpoznanie warunków posadowienia projektowanych obiektów budowlanych bdzie wówczas przeprowadzane etapami, których zakres dla projektowanych obiektów budowlanych 2. i 3. kategorii geotechnicznej powinien by ogólnie zgodny z diagramem przedstawionym na rysunku 1. ARTYKUY KONFERENCYJNE TEMATYKA I OCENA Na konferencj do sesji Badania polowe wedug EC 7 zgoszono 7 artykuów (tab. 1) dotyczcych bada in situ i ich znaczenia w projektowaniu geotechnicznym. Oprócz dwóch artykuów (nr 1 i 2 w tab. 1), które mona zakwalikowa do grupy artykuów o zblionej tematyce dotyczcej rozszerzenia i zwikszenia wiarygodnoci zasad interpretacji sondowa geotechnicznych przez uwzgldnienie oddziaywa wody w porach gruntowych, pozostae pi artykuów zawiera opisy rónych kierunków bada in situ i ich zastosowania w praktyce. W niniejszym rozdziale podano charakterystyk zgoszonych artykuów z krytycznymi uwagami do dyskusji podczas sesji konferencyjnej. Artyku Tschuschkego (nr 1 w tab. 1) dotyczy wykorzystania sondowa statycznych CPT i/lub CPTU do okrelania wytrzymaoci na cinanie gruntów w podoach budowli z uwzgldnieniem warunków rozpraszania wzbudzonych podczas sondowania cinie wody w porach (warunki z odpywem, bez odpywu lub z czciowym odpywem wody). Autor susznie zauway, e w praktyce czsto stosuje si te same zasady interpretacji wyników bada, niezalenie od techniki bada (CPT, RCPT, CPTU, SCPTU) i systemów rejestracji wyników (mechaniczny lub elektryczny), co moe prowadzi do nietrafnych ocen warunków geotechnicznych i decyzji projektowych, nawet w przypadku wystpowania w podou zwykle atwiejszych do oceny gruntów piaszczystych. Do rozpoznania warunków z odpywem, dla których opracowano najczciej empiryczne zalenoci do oszacowania parametrów wytrzymaociowych (, c) wykorzystywany jest wspó- Architectura 12 (4) 2013

6 66 K. Garbulewski, M. Lech Tabela 1. Artykuy konferencyjne sesja I Table 1. Conference papers sesion I Lp. No Autor Author 1 Wojciech Tschuschke 2 3 ukasz Zawadzki, Mariusz Lech, Kazimierz Garbulewski Marek Bajda, Mariusz Lech, Kinga Kronik 4 Tomasz Godlewski Piotr Paprocki, Tomasz Koanka, Sawomir Gawako, Adrian Gako Marek Bajda, Eugeniusz Koda Eugeniusz Koda, Tomasz Koanka, Piotr Osiski Tytu artykuu Paper title Pomiar cinienia wody w porach metod statycznego sondowania w aspekcie oceny wytrzymaociowej gruntów Measurement of pore water pressure using cone penetration test in terms of soil strenght assessment Wpyw stanu nasycenia podoa gruntowego wod na wyniki sondowa geotechnicznych Inuence of ground saturation degree on penetration tests results Wykorzystanie powierzchniowych bada elektrooporowych do oceny stanu technicznego budowli ziemnych The use of surface electric resistivity tomography for examination of technical conditions of the earth structures Interpretacja bada polowych a Eurokod 7 Interpretation of in situ tests vs Eurocode 7 Wyznaczanie parametrów wytrzymaociowych gruntów z wykorzystaniem analizy wstecznej do projektu zabezpieczenia osuwiska Determination of soil strenght parameters using back analysis for the need of documenting the design of landslide protections Badania geotechniczne do oceny warunków posadowienia w strefach przykrawdziowych Skarpy Warszawskiej Geotechnical tests for estimation of engineering conditions at the edge zone of Skarpa Warszawska Investigation of soil contamination level beneath the metallurgical waste landll for the purpose of future reclamation works Badania stanu zanieczyszczenia gruntów w podou skadowiska odpadów pohutniczych do opracowania projektu rekultywacji czynnik tarcia (R f ) w przypadku sondowa CPT i wskanik cinienia wody w porach (B q ) wymagajcy okrelenia rozkadu w podou cinie hydrostatycznych (u o ) i cinie wody w porach ltrem zainstalowanym bezporednio za ostrzem stoka (u 2 ) w sondzie CPTU. W interpretacji wyników sondowa, zwaszcza do okrelenia parametrów wytrzymaociowych gruntów, naley rozpozna warunki odpywu wody w badanym podou. O warunkach z odpywem wiadcz wartoci R f < 1% (tzw. czyste piaski) i B q 0. Wartoci wspóczynników R f < 1% i B q > 0,1 s charakterystyczne dla piasków zaglinionych lub gruntów o podobnym uziarnieniu. Na podstawie analizy wyników sondowa podoa drogi, w której wystpoway grunty przejciowe (R f w zakresie 0,52,5% i B q > 0,1) autor stwierdzi, e nieuwzgldnienie wpywu cinienia wody w porach w analizie wyników pomiarów prowadzi do zanienia wartoci efektywnego kta tarcia wewntrznego. Warto kta tarcia wewntrznego zwiksza si proporcjonalnie do wskanika cinienia wody w porach (B q ), co wyraono wzorem = 17,2 B q 2,3 (R 2 = 0,76). W przypadku wartoci B q = 0,5 warto efektywnego kta tarcia wewntrznego zmienia si z 33 o do 39 o. W analizowanym przypadku podoa drogi nieuwzgldnienie skutkowao bdn decyzj o koniecznoci wzmocnienia podoa. Z bada autora wynika, e do okrelenia parametrów wytrzymaociowych gruntów korzystniej jest zastosowa badania z pomiarem cinienia wody w porach, czyli badania CPTU. Sonda CPT moe by wykorzystana Acta Sci. Pol.

7 Znaczenie bada in situ w projektowaniu geotechnicznym 67 jedynie w badaniach wytrzymaoci podoa o sprawdzonych warunkach odpywu wody, czyli w niezapylonych i niezaglinionych piaskach. Czste jeszcze stosowanie sondy CPT, niezalenie od warunków odpywu wody, wynika równie z trudnoci w pomiarach i interpretacji wyników bada wzbudzonych cinie wody w porach, które niekoniecznie s wartociami dodatnimi. Wiarygodno pomiarów cinienia wody w porach zaley od spenienia wielu wymaga technicznych, w tym zwaszcza trudnego do spenienia zapewnienia niezapowietrzenia si ltrów zlokalizowanych na podstawie stoka. Zawadzki i inni (nr 2 w tab. 1) proponowa uwzgldni w interpretacji wyników sondowa statycznych CPTU zmienn w czasie stref aktywn podoa (nie w peni nasycon wod), w której w wikszoci przypadków posadowione s obiekty budowlane. Wedug autorów na warunki geotechniczne rozpoznawane sondowaniami wpyw maj w tej stree takie czynniki, jak cinienie atmosferyczne i inltracja. Przedstawione w artykule wyniki bada terenowych osadów piaszczystych w zachodniej Australii i bada laboratoryjnych piasków w komorze kalibracyjnej, jak równie badania wasne na poligonie Stegny w Warszawie wskazuj w sposób jednoznaczny na istotne zmiany wartoci oporów stoka zalenie od warunków wilgotnociowych podoa. Wedug autorów kluczow rol w interpretacji sondowa odgrywa stan nasycenia wod gruntów w stree aktywnej, w której cinienie ssania powoduje zwikszenie wytrzymaoci gruntów. Biorc pod uwag nieliczne, jak na razie, przypadki podane w literaturze i badania wasne, autorzy sugerowali konieczno uwzgldnienia w interpretacji sondowa zmiennego w czasie stanu nasycenia wod gruntów w podou projektowanych budowli. Podana w artykule hipoteza, suszna w wietle wiedzy o odmiennym zachowaniu si gruntów zalenie od stanu nasycenia wod, jak dotychczas nie bya badana w szerszym zakresie. W Eurokodzie 7 podano zalecenia dotyczce uwzgldnienia podziau podoa zalenie od pooenia zwierciada wody gruntowej w sondowaniach dynamicznych, natomiast brak jest zalece odnonie do sondowa statycznych. Jedn z prawdopodobnych przyczyn takiego stanu wytycznych jest konieczno uwzgldnienia w rozkadzie napre efektywnych w podou nie tylko dodatnich wartoci cinienia wody w porach, ale równie w stree aktywnej wartoci ujemnych, co wymaga do ich okrelenia zastosowania nieznanych na ogó w rodowisku geotechnicznym metod bada. Bajda i inni (nr 3 w tab. 1) przedstawili badania elektrooporowe, jako przykad moliwoci szerokiego wykorzystania w praktyce geotechnicznej metod geozycznych (ERT) do oceny stanu technicznego odcinka wau przeciwpowodziowego Wisy w rejonie Kraski Górne (woj. mazowieckie). Korpus wau o wysokoci od 4 do 5 m uformowany zosta z piasków pylastych i drobnych (z wkadkami pyów) na madowym tarasie zalewowym Wisy (piaski drobne i rednie z przewarstwieniami gliniastymi). Wyniki bada technik tomograi elektrooporowej pozwoliy autorom wykry w korpusie i podou strefy o opornoci od 300 do 450 m (strefa 1), od 600 do 1000 m (strefa 2) i okoo 1100 m (strefa 3). W stree 3, co potwierdziy badania kontrolne sond DPL, wystpuj grunty piaszczyste w stanie lunym. Wedug autorów due, tzn. wiksze od 1000 m, opornoci gruntów piaszczystych oznaczaj utrudniony przepyw prdu w podou, co moe by spowodowane rozlunieniem materiau w tym obszarze. Na podstawie bada wasnych autorzy zaproponowali wstpne kryteria oceny zagszczenia gruntów piaszczystych w waach przeciwpowodziowych. Wartoci opornoci waciwej w zakresie m oznaczaj stan luny piasków pylastych, w zakresie m stan Architectura 12 (4) 2013

8 68 K. Garbulewski, M. Lech rednio zagszczony (I D 0,5), a w zakresie m stan zagszczony (I D 0,7). W celu opracowania bardziej szczegóowej klasykacji prowadzone bd dalsze badania w tym kierunku. W podsumowaniu artykuu autorzy podkrelali zalety techniki ERT, jej nieinwazyjny charakter i moliwo trafnego zaplanowania zakresu i lokalizacji szczegó- owych bada geotechnicznych w strefach waów przeciwpowodziowych o zwikszonej opornoci waciwej. Artyku zawiera jeden przykad skutecznego wykorzystania metod geozycznych w praktyce geotechnicznej i nic dziwnego, e autorzy w podsumowaniu stwierdzili, e przeprowadzone badania miay charakter wskanikowy. Do opracowania klasykacji stanu gruntów w waach przeciwpowodziowych, z pewnoci potrzebnej w zastosowaniu praktycznym, konieczna jest szersza analiza wyników dotychczasowych bada wykonanych przez instytucje naukowe i usugowe w Polsce. Artyku Godlewskiego (nr 4 w tab. 1) dotyczy okrelania w projektowaniu geotechnicznym wyprowadzonych wartoci parametrów geotechnicznych (nowy termin wprowadzony w normie PN-EN ) na podstawie wyników sondowa dynamicznych (DP), statycznych (CPTU) i dylatometrycznych (DMT). Autor susznie zauway, e w celu uzyskania wiarygodnych parametrów geotechnicznych konieczne jest zapewnienie jakoci bada zgodnie z procedurami podanymi w Eurokodzie 7 i sprawdzon w praktyce interpretacj wyników. W artykule przedstawiono porównanie stosowanych w Polsce przez orodki naukowo-badawcze, w szczególnoci przez ITB, zasad interpretacji wyników sondowa, midzy innymi DP, CPT, SPT, CPTU i DMT, z podanymi w normie PN-EN (w zasadzie w zacznikach informacyjnych od zacznika D do K). Wedug autora do prawidowej oceny warunków geotechnicznych posadowienia projektowanych obiektów konieczne jest stosowanie w interpretacji sondowa regionalnych korelacji lub korelacji powszechnie stosowanych adaptowanych do warunków lokalnych. Mona zgodzi si z opini autora, e nowe typy sond statycznych wciskanych z piezostokiem (CPTU) i dylatometr paski Marchettiego (DMT)...nie maj jeszcze do dobrych (regionalnych) polskich korelacji do interpretacji wyników lub s one w zbyt maym stopniu zwerykowane pomimo licznych ju prac badawczych w ramach projektów NCN i NCBR. Jako przykad braku jednoznacznych zalece autor podaje szerokie zakresy zmiennoci wspóczynnika N kt do okrelenie z bada CPTU wytrzymaoci na cinanie bez odpywu gruntów drobnoziarnistych (c u ). W normie PN-B-04452:2002 na podstawie lokalnych dowiadcze i wiarygodnych korelacji podano wartoci wspóczynników N kt dla typowych gruntów polodowcowych wystpujcych w Polsce w zakresie 1225, a dla gruntów zastoiskowych w zakresie 615, co jest zgodne z wartociami N kt zalecanymi w innych regionach. Oprócz podanych zalece w normie tej brak jest jednoznacznych zasad przyjmowania wartoci wspóczynników N kt w interpretacji sondowa zarówno CPT, jak i CPTU. Zasady takie powinny znale si w zaczniku krajowym normy PN-EN Jak stwierdzi autor, obecnie prowadzone s badania przez wiele orodków i badaczy nad zasadami symultanicznej interpretacji wyników bada CPTU i DMT w celu wykorzystania ich do bezporedniego wyznaczania parametrów geotechnicznych (np., c u, E). Z dowiadcze wynika, e do wyznaczania moduów odksztacenia bardziej uzasadnione jest wykorzystanie pomiarów sond DMT, pod warunkiem przeprowadzenia ich walidacji. Wniosek ten w peni zosta uzasadniony podanym w artykule porównaniem wartoci osiada podoy gruntowych, obliczonych na podstawie pomiarów DMT i pomierzonych na 30 obiektach o rónych metodach posadowienia Acta Sci. Pol.

9 Znaczenie bada in situ w projektowaniu geotechnicznym 69 (stopa, awa, pyta) w gruntach piaszczystych (Sa), spoistych (Sasi, sasicl, Cl) i organicznych (Or). W kocowej czci artykuu autor zaproponowa do wyznaczania moduu dylatometrycznego (M DMT ) zmodykowany nomogram Schmertmana, co mona uzna za kierunek zgodny z tendencj symultanicznej interpretacji wyników sondowa DMT i CPTU. Jednake nawizujc do informacji podanej w rozdziale 1, dotyczcej poziomu odksztace generowanych w trakcie sondowania CPTU, propozycj podanego w artykule nomogramu, gdzie modu dylatometryczny okrelany jest na podstawie oporu stoka (q c ) i wspóczynnika tarcia (R f ), naley uzna za dyskusyjn. Ponadto proponowany nomogram nie uwzgldnia innych czynników, takich jak chociaby stan naprenia w gruncie, historii naprenia, anizotropii orodka, a przede wszystkim poziomu odksztace. Stosowanie korelacji q c ~ M DMT, q c ~ E, zwaszcza przez geotechników z maym dowiadczeniem, moe prowadzi do bdnych wniosków. Kluczowym wnioskiem wynikajcym z treci artykuu jest podkrelenie znaczenia poprawnej interpretacji wyników sondowa, której warunkiem jest opracowanie wasnych kluczy interpretacyjnych dla poszczególnych metod bada in situ. Do tego niezbdna jest baza danych zawierajca sprawdzone wyniki sondowa i ich werykacja, która powinna by opracowana jako efekt projektu badawczego wspópracujcych orodków naukowo-badawczych w Polsce. Naley zgodzi si z wanym wnioskiem autora artykuu, aby efekt projektu badawczego znalaz si w zaczniku krajowym normy PN-EN Artyku Paprockiego i innych (nr 5 w tab. 1) dotyczy okrelania rzeczywistych parametrów wytrzymaociowych gruntów z wykorzystaniem analizy wstecznej, co jest moliwe w przypadku osuwisk skarp, w których wystpi stan graniczny wyraony wartoci wspóczynnika statecznoci F = 1. Podjcie tego problemu wynika z uaktywnienia si w 2010 roku na poudniu Polski duej liczby osuwisk na skutek intensywnych opadów atmosferycznych i koniecznoci opracowania projektów geotechnicznych zabezpieczenia skarp zniszczonych osuwiskami. Projektowanie geotechniczne wymaga ustalenia warto- ci parametrów wytrzymaociowych gruntów wystpujcych w obrbie skarpy gównej i koluwium osuwiska. W artykule przedstawiono charakterystyk aktywnego osuwiska dugoci okoo 250 m w obrbie paszczowiny lskiej (gówna jednostka tektoniczna Karpat Fliszowych) i wyznaczenie parametrów wytrzymaociowych na podstawie wyników bada w aparacie trójosiowym, które zwerykowano, przeprowadzajc analiz wsteczn statecznoci skarpy zbocza. Podstaw do przeprowadzenia analizy wstecznej byy wyniki pomiarów geodezyjnych (dane geometryczne skarpy przed wystpieniem i w trakcie rozwoju osuwiska), wierce z penym rdzeniowaniem, obserwacji w szurfach badawczych i bada geotechnicznych, uzupenione badaniami geozycznymi metod elektrooporow. Analiza wyników bada terenowych i laboratoryjnych umoliwia udokumentowanie warunków geotechnicznych w rejonie osuwiska i wykrycie przebiegu powierzchni polizgu. Obserwacje rdzeni gruntów z otworów badawczych (w artykule pokazano rdze z prawdopodobn stref polizgu), jak równie interpretacja wyników bada geozycznych (niestety tylko z ogóln informacj o ich wykorzystaniu) pozwoliy przyj, e powierzchnia polizgu przebiega w stree przewarstwie skruszonego piaskowca, w stropowej czci podoa iszowego, na gbokoci od 6 do 12 m. Jednak- e autorzy nie byli cakowicie pewni pooenia powierzchni polizgu, skoro w analizie statecznoci zbocza przyjli dodatkowo wariant z powierzchni polizgu na styku zwietrzeliny i podoa iszowego. Na podstawie analizy wstecznej, w której przyjto sze Architectura 12 (4) 2013

10 70 K. Garbulewski, M. Lech wariantów rónicych si geometri zbocza (przed i po wystpieniu osuwiska) i pooeniem powierzchni polizgu oraz zwierciada wody gruntowej, zwerykowano ustalon pierwotnie na podstawie bezporednich testów laboratoryjnych w aparacie trójosiowego ciskania warto efektywnego kta tarcia wewntrznego. Naley zauway, e kt tarcia wewntrznego okrelony z bada ( = 24 o ) róni si tylko o 4 o od uzyskanego z analizy wstecznej dla warunku F 1. Kt = 20 o uznano za rzeczywist warto kta tarcia wewntrznego gruntów koluwialnych wystpujcych w analizowanym zboczu. Z analizy statecznoci zbocza wynika, e przyjmujc t warto kta tarcia wewntrznego i geometri zbocza przed powstaniem osuwiska, wspóczynnik statecznoci F = 0,95. Wyniki oblicze skarpy po powstaniu osuwiska wskazuj na dalsze zagroenie jej statecznoci, szczególnie w przypadku wystpienia niekorzystnych zjawisk pogodowych lub innych czynników pogarszajcych warunki statecznoci. Wedug deklaracji zoonych przez Komitet Techniczny PKN do spraw geotechniki (nr 254) warunki statecznoci skarp nasypów i zboczy naturalnych powinno si sprawdza, stosujc 3. podejcie projektowe (DA3), w którym obliczeniowe wartoci parametrów wytrzymaociowych okrela si, stosujc wspóczynniki czciowe, na przykad = 1,25 (do tg ). Autorzy, powoujc si na Eurokod 7, stwierdzili, e obwiednia zniszczenia w przypadku interpretacji bada gruntów prekonsolidowanych nie jest prostoliniowa, zwaszcza w zakresie maych napre. W zwizku z tym istotne jest wyjanienie, jakie zaoenia przyjto do okrelenia na podstawie bada w aparacie trójosiowego ciskania parametrów wytrzymaociowych gruntów stanowicych koluwia osuwiskowe i jak dobrano parametry obliczeniowe w analizach statecznoci. Artyku autorstwa Bajdy i Kody (nr 6 w tab. 1), podobnie jak artykuy nr 3, 4 i 5, stanowi przykad zastosowania bada in situ w praktycznych zagadnieniach inynierskich, w tym przypadku do oceny warunków geotechnicznych posadowienia projektowanego budynku w rejonie ulicy Tamka w Warszawie (Skarpa Warszawska). Przypowierzchniow stref podoa buduj tu spoiste osady koluwialno-deluwialne oraz aluwia okresowych cieków, lece na erozyjno-glacitektonicznej powierzchni iów pstrych pliocenu. Na podstawie analizy materiaów archiwalnych, bada terenowych (wiercenia, sondowania CPTU i DMT) oraz bada laboratoryjnych gruntów autorzy przedstawili budow geologiczn i warunki hydrogeologiczne oraz dokonali ilociowej i jakociowej oceny parametrów geotechnicznych gruntów wystpujcych w badanym podou. Analiza wyników bada geotechnicznych umoliwia wydzielenie w podou osadów antropogenicznych, zboczowych i rzecznych oraz stropu silnie zaburzonych osadów plioceskich z ocen ich przydatnoci do posadowienia projektowanej budowli. Obszerny zakres bada in situ, uzasadniony zoonymi warunkami geotechnicznymi wynikajcymi z genezy gruntów w Skarpie Warszawskiej i z geodynamicznych procesów, w tym sondowania CPTU z pomiarem cinie wody w porach (u 2 ), pozwoliy na dokadne rozpoznanie zrónicowanej budowy osadów koluwialno-deluwialnych zalegajcych w stree przyskarpowej. Z kolei cigy zapis mierzonych parametrów gruntowych pozwoli na rozpoznanie przewarstwie, nawet o niewielkiej miszoci, i precyzyjne ustalenie gbokoci zalegania stropu niezaburzonych iów trzeciorzdowych, które wskazano jako stref bezpiecznego posadowienia obiektów budowlanych. Autorzy, kierujc si powszechnie znan wiedz Acta Sci. Pol.

11 Znaczenie bada in situ w projektowaniu geotechnicznym 71 i wasn praktyk, zastosowali sond CPTU do okrelenia stanu plastycznoci oraz wytrzymaoci na cinanie w warunkach bez odpywu badanych iów, natomiast dylatometr DMT do okrelenia parametrów odksztaceniowych. W artykule podano wzory uyte w interpretacji sondowa, jednake wyjanienia wymagaj zasady ich doboru, zalenie od rodzaju gruntu wartoci wspóczynników N k i B, przyjtych do obliczenia wytrzyma- oci na cinanie ( fu ) i kta tarcia wewntrznego (). Autorzy podkrelili, e w prolu gruntowym, zbudowanym w przewadze z gruntów spoistych o pochodzeniu deluwialno-koluwialnym, wystpuj liczne sczenia wody wpywajce na stan uplastycznienia gruntów i zmian ich objtoci (pcznienie). Z pewnoci w tym kontekcie istotny w wyborze odpowiednich warunków posadowienia projektowanego budynku jest rozkad cinienia wody w porach w podou badanym do gbokoci 18 m. Warto równie podkreli, e na analizowanym obiekcie prowadzone byy pomiary geozyczne metod tomograi elektrooporowej, majce na celu okrelenie stropu nienaruszonych iów [Lech i Bajda 2013]. Wyniki tych bada nie zostay wczone do zgoszonego na konferencj artykuu, niemniej warto poda informacj, e potwierdziy one pooenie stropu nienaruszonych iów. W artykule autorstwa Kody i innych (nr 7 w tab. 1) podjto tematyk rozpoznania i udokumentowania stanu zanieczyszczenia podoa gruntowego na terenach zdegradowanych, która wchodzi w zakres intensywnie rozwijanej obecnie geotechniki rodowiskowej. Zgodnie z prawem obowizujcym na terenie naszego kraju i caej Unii Europejskiej jednym z zada podczas przygotowania projektu rekultywacji terenów zdegradowanych jest szczegóowa analiza i dokumentacja warunków gruntowych. W artykule autorzy przedstawili szczegóowy zakres bada gruntów na potrzeby stworzenia projektu prac rekultywacyjnych terenów skadowiska odpadów pohutniczych o powierzchni 34 ha, zlokalizowanego na terenach duego miasta. W artykule przedstawiono zakres oraz metodyk przeprowadzonych bada skaenia gruntu, analiz morfologii i skadu odpadów pohutniczych wraz z ich dokumentacj. Na badania te skaday si zarówno badania terenowe, w tym badania detektorem fotojonizacji (PID) lotnych substancji ropopochodnych, jak i laboratoryjne analizy zyczno-chemiczne pobranych w terenie próbek gruntu i wody. Szczegóowa analiza uzyskanych wyników pozwolia na precyzyjne ustalenie indykatorów zanieczyszcze, stref ich zasigu oraz objtoci skaonych gruntów na analizowanym terenie huty. Dziki zastosowaniu takich metod badawczych, jak: sondowania geoelektryczne, wiercenia geologiczne, pomiary geodezyjne oraz laboratoryjne analizy chemiczne, opracowano midzy innymi mapy stref zanieczyszcze z rozkadem wartoci ste, co w dalszym etapie umoliwio sporzdzenie obszernego projektu prac rekultywacyjnych na terenie przeznaczonym pod przysze inwestycje urbanistyczne. Analizujc artyku, mona stwierdzi, e autorzy do rozpoznania zanieczyszczenia terenu wykorzystali wycznie wyniki analiz chemicznych próbek gruntów pobranych z 80 otworów badawczych, co naley uzna za dziaanie suszne, jednake biorc pod uwag liczb odwiertów i bada laboratoryjnych bardzo pracochonne i kosztowne. W artykule nie podano, w jakim zakresie, poza ustaleniem miszoci odpadów, wykorzystano badania geoelektryczne do rozpoznania zanieczyszczenia gruntów w podou. Architectura 12 (4) 2013

12 72 K. Garbulewski, M. Lech PODSUMOWANIE W projektowaniu geotechnicznym badania in situ maj kluczowe znaczenie w wyborze i uzasadnieniu typu i gbokoci posadowienia projektowanych obiektów oraz udokumentowaniu, e zapewni one bezpieczne warunki ich uytkowania. Do niepodwaalnych zalet bada in situ powszechnie zaliczane s ich efekty, w tym: rozpoznanie stratygrai i litologii podoa, wydzielenie warstw geotechnicznych, wykrycie najsabszych stref podoa, pobór próbek gruntów do bada laboratoryjnych z ocen stopnia ich naruszenia, cigy rozkad pomierzonych parametrów gruntowych. Dwie metody bada, CPTU i DMT, s uwaane za równorzdne i wymagane do oceny warunków geotechnicznych projektowanych obiektów 2. i 3. kategorii geotechnicznej. Jednake biorc pod uwag technik bada obiema metodami, naley uzna badania CPTU za bardziej wiarygodne do okrelania parametrów wytrzymaociowych, a badania DMT parametrów odksztaceniowych gruntów. Do projektowania obiektów budowlanych 3. kategorii geotechnicznej i 2. kategorii geotechnicznej w zoonych warunkach gruntowych i obcieniowych zalecane s badania SCPTU i SDMT, które pozwalaj w interpretacji parametrów wzi dodatkowo pod uwag prdko rozchodzenia si w podou fal akustycznych. Badania sondami SCPTU i SDMT powinny by poprzedzone rozpoznaniem warunków geotechnicznych metodami geozycznymi. Do zalet bada geozycznych mona zaliczy: nieinwazyjny charakter (brak naruszenia struktury podoa), ogólne rozpoznanie budowy geologicznej podoa, wytypowanie lokalizacji wierce i sondowa geotechnicznych, ocen jakoci (stanu naruszenia) próbek gruntu, wstpne rozpoznanie warunków hydrogeologicznych, okrelenie poziomu wystpowania zwierciada wody gruntowej (stref saturacji i aeracji), okrelenie porowatoci orodka gruntowego, rozpoznanie zasigu zanieczyszcze chemicznych w gruncie oraz dróg migracji zanieczyszcze, rozpoznanie granic strukturalnych budowli i infrastruktury inynierskiej (np. skadowisk odpadów, zbiorników i rurocigów). PIMIENNICTWO Ferreira C., Viana Da Fonseca A., Nash D.F.T., Shear wave velocities for sample quality assessment on a residual soil. Soils and Foundations 51, 4, Hight D.W., Assessing sample quality prior to laboratory testing. Proc. of the 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering: Geotechnics of Hard Soils Weak Rocks. Part 4, IOS Press, Landon M., DeGroot D., Sheahan T., Nondestructive Sample Quality Assessment of a Soft Clay Using Shear Wave Velocity. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Eng. ASCE 133, 4: Acta Sci. Pol.

13 Znaczenie bada in situ w projektowaniu geotechnicznym 73 Lech M., Bajda M., Wybrane przykady zastosowania tomograi elektrooporowej i sejsmiki powierzchniowej w zagadnieniach inynierskich. Seminarium Naukowe Wspóczesne zastosowania metod geozycznych w geotechnice i geologii inynierskiej, Pozna. Mayne P.W., Coop M.R., Springman S.M., Huang A.B., Zornberg J.G., Geomaterial behaviour and testing. State of the Art (SOA) paper. Proc. of the 17th ICSMGE, Alexandria, Mynarek Z., Site investigation and mapping in urban area. Proc. of the 14-th European Conference on Soil Mechanic and Geotechnical Engineering, Madrid, Millpress, Mynarek Z., Regional Report in East European Countries. The Silesian University of Technology ACEE 1, Mynarek Z., Metody i ograniczenia w wyznaczaniu parametrów geotechnicznych gruntów w badaniach in situ. Materiay XXVIII Ogólnopolskich Warsztatów Pracy Projektanta Konstrukcji. Wisa, PN-B-04452:2002 Geotechnika. Badania polowe. PN-EN Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Cz 1: Zasady ogólne. PN-EN Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Cz 2: Rozpoznanie i badanie podoa gruntowego. PN-EN ISO :2005 Rozpoznanie i badania geotechniczne. Badania polowe. Powell J.M., In situ testing. General Report. Proc. of 14-th International Conference on Soil Mechanic and Geotechnical Engineering. Osaka, Millpress, , Rabarijoely S., Garbulewski K., Simultaneous interpretation of CPT/DMT tests to ground characterization. Proc. of the 18-th ICSMGE. Paris (w druku). Robertson P.K., CPT-DMT Correlation. Journal of Geotechnical and Environmental Eng. ASCE 135, 11. Robertson P.K., Interpretation of in-situ tests some insights. J.K. Mitchell Lecture, ISC 4, Recife, Brazil, 119. Tanaka H., Sample quality of cohesive soils: lessons from three sites, Ariake, Bothkennar and Drammen. Soils and Foundations 40 (4), THE ROLE OF IN SITU TESTS IN GEOTECHNICAL DESIGN Abstract. The paper presents a description of in situ tests, which according to Eurocode 7 are required to recognize the geotechnical conditions of design structures and to determine the parameters of the ground in order to check the limit states. The developments of in situ testing methods including innovative changes introduced to the practice in recent years are also described. Moreover, an overview of the papers submitted to the conference ProGeotech2013 Geotechnical design investigation and selection of ground parameters, session I: In situ tests according to EC7, with critical remarks for discussion at the conference session is presented. Keywords: in situ tests, geotechnical design, Eurocode 7 Zaakceptowano do druku Accepted for print: Architectura 12 (4) 2013