Systemy poboru prób gruntu zgodnie z Eurokodem 7 – dlaczego mają znaczenie?

W badaniach podłoża gruntowego nie ma miejsca na przypadek. Jakość poboru prób bezpośrednio wpływa na dalsze prace badawcze i ich powodzenie. Te z kolei są podstawą doboru parametrów geotechnicznych w projektowaniu fundamentów, nasypów, skarp, konstrukcji oporowych czy pali. Eurokod 7 (EN 1997-2) jasno określa wymagania dotyczące sposobu poboru prób oraz ich klas jakości. Oznacza to, że odpowiedni ich dobór jest obowiązkiem projektowym.

Kategorie (klasy) prób wg Eurokodu 7

Europejska Norma Eurokod 7 wprowadza klasy jakości prób, które określają stopień ich przydatności do poszczególnych badań. W praktyce mowa o pięciu klasach różniących się jakością poboru:

  • Klasa 1. Są to próby o możliwie nienaruszonej strukturze, stanie naprężeń i wilgotności. Nadające się do najbardziej wymagających badań wytrzymałościowych i odkształceniowych (np. badania trójosiowe, edometr). Osiąga się ją tylko pobierając próbę specjalistycznym próbnikiem cienkościennym, przy odpowiednim zabezpieczeniu próby.
  • Klasa 2. Próby te posiadają zachowaną gęstość i wilgotność, ale mogą mieć zaburzoną strukturę. Mogą być wykorzystane do określenia gęstości, wilgotności, porowatości, przepuszczalności, konsystencji i wilgotności. Nie są natomiast zalecane badania wytrzymałościowe i odkształceniowe na niniejszych próbach. Często pobierane są specjalnymi aparatami rdzeniowymi lub cylindrami.
  • Klasa 3. Reprezentują ją próby o naruszonej strukturze, ale reprezentatywne składowo (naturalne uziarnienie) i wilgotnościowo (naturalna wilgotność). Używa się ich najczęściej do identyfikacji gruntu, badań wilgotności, granic Attenberga, składu organicznego. Nie nadają się do wyznaczania parametrów wytrzymałościowych i odkształceniowych. Zwykle pobiera się je świdrem spiralnym.
  • Klasa 4. Jest to urobek luźny gdzie struktura i stan wodny mogły się zmienić. Używa się je do identyfikacji i opisu warstw podłoża. Nie nadają się do wyznaczania parametrów wytrzymałościowych i odkształceniowych.
  • Klasa 5. Są to próbki poglądowe stosowane do rozpoznania ciągłości warstw.

Zgodnie z powyższym, w normie do poszczególnych klas przyporządkowano kategorie pobierania prób gruntu (A-C). Dla metody A mogą być otrzymane próby wszystkiej klasy jakości. Dla metody B: klasy od 3 do 5. Z kolei dla metody C – jedynie klasa 5 (fig.1).

Tabela właściwości gruntu - Trilabs

Systemy poboru prób gruntu zgodnie z Eurokodem 7

Aby próba osiągnęła odpowiednią klasę jakości, liczy się jej sposób pobrania. Poniżej przedstawiliśmy główne systemy poboru prób:

  • Próbniki cylindryczne o cienkich ściankach (np. Shelby, thin-walled sampler). Używa się ich do gruntów spoistych (pyły, gliny, iły, grunty organiczne). Cienka ścianka i ostrze tnące ograniczają uszkodzenia próby. Umożliwiają pobór prób klasy 1-2. Po poborze próby obligatoryjne jest odpowiednie zabezpieczenie próby np. korek, folia lub parafina.
  • Próbniki tłokowe. Stosowane do bardzo miękkich gruntów spoistych – najczęściej w gruntach organicznych. Tłok stabilizuje grunt w próbniku i zapobiega jego wypłynięciu. Pozwala często uzyskać klasę 1, niezbędną przy projektowaniu nasypów na gruntach organicznych.
  • Rdzeniowanie w rurach osłonowych (core sampling, podwójna lub potrójna rdzeniówka). Używa się jej najczęściej w skałach, ale także w zwietrzelinach skalnych. Przy właściwej technice pozwala zachować strukturę gruntu i ocenę spękań. Typowo sposób ten pozwala uzyskać 2 klasę poboru prób w gruntach twardoplastycznych lub półzwartych. Często w przypadku braku możliwości wciśnięcia próbników cienkościennych – rdzeniowanie może się okazać jedyną możliwą metodą poboru próby o czym projektanci wykorzystujący parametry na podstawie tej klasy próby muszą mieć tego świadomość.
  • Próbkowanie z odkrywki (ręczne) przy pomocy wykopu kontrolnego lub łopaty. Jest to szybkie rozwiązanie i ekonomiczne przy małych głębokościach. Narusza jednak zwykle dużo większy obszar gruntu niż przy wierceniach. Zwykle nie ma możliwości osiągnąć klas wyższych niż 3-4.

Dlaczego kontrola jakości jest tak ważna?

Eurokod 7 wymaga, aby parametry gruntu użyte w obliczeniach pochodziły z próbek o jakości adekwatnej do rodzaju analizy i stopnia skomplikowania konstrukcji. Jeżeli próba jest naruszona (utrata struktury, wilgotności, porowatości) to projektant geotechniczny wykorzystuje, często nieświadomie, niewiarygodne moduły odkształcenia lub parametry wytrzymałościowe. Tym samym przeszacowuje lub niedoszacowuje nośność. W skrajnych przypadkach gdy nośność jest przeszacowana – może dojść do utraty stateczności lub nadmiernych osiadań.

Klasę poboru prób można zweryfikować zleceniem badania pomiaru prędkości fal poprzecznych w laboratorium i w terenie tuż obok miejsca poboru prób.

Jak działamy w praktyce?

Najważniejszy jest plan. W pierwszej kolejności zbieramy informacje o terenie i konstrukcji obiektu. Często wykonujemy wstępne wiercenia w celu określenia złożoności terenu. Następnie działamy zgodnie z poniższymi zasadami:

  • Tworzymy plan badań geotechnicznych. Ustalamy lokalizację i głębokości wierceń w odniesieniu do konstrukcji. Z góry określamy jakość próby koniecznej do uzyskania zadania. W prostych zadaniach wykorzystujemy próby klasy 3-5. W złożonych i skomplikowanych: 1-2.
  • Dobieramy odpowiedni sprzęt. Dla gruntów spoistych, w złożonych tematach, stosujemy próbniki Shelby, aby uzyskać klasę 1-2. W przypadku prostych zadań wystarczą próby pobrane świdrem, często wraz z badaniami terenowymi. Badania in situ służą nam do korygowania poboru próby na podstawie zmian sztywności.
  • Oznakowujemy i dokuemntujemy. Każda próba jest oznaczona numerem otworu, głębokością poboru, opisem wg ISO, datą pobotu i osobę dozorującą wraz z deklarowaną klasą jakości. Zapewniamy pełną ścieżkę identyfikalności od odwiertu do wyniku z laboratorium.
  • Zabezpieczenie, transport i przechowanie. Próbki nienaruszone są natychmiast uszczelniane i przechowane w orientacji zgodnej z naturalnym ułożeniem warstw. Minimalizujemy zmiany temperatury i wilgotności, aż do badania. Próby są przechowywane w lodówkach o dobranej odpowiednio temperaturze.

Jakie korzyści z takiego podejścia ma projektant i inwestor?

  • Parametry obliczeniowe o znanej jakości i źródle.
  • Mniejsze ryzyko zmian projektu podczas realizacji.
  • Możliwość optymalizacji fundamentów i zabezpieczeń zamiast przewymiarowania „na wszelki wypadek”.
  • Dokumentację zgodną z Eurokodem 7 – zabezpieczenie prawne.
  • Projekt skrojony „na miarę”.

Podsumowanie

Odpowiedni pobór prób gruntu to nie tylko „wyjmowanie urobku z ziemi”. Jest to proces kontrolowany normowo, w którym powinniśmy dobrać metodę do rodzaju gruntu oraz dążyć gdzie to ma znaczenie do najwyższej klasy próby. Dzięki temu wyniki badań są wiarygodne, a projekt geotechniczny bezpieczny i opłacalny ekonomicznie. Dodatkowo nie ryzykujemy powtarzaniem badań w przypadku niewiarygodnych wyników. Ważne aby pobór prób i wyniki z badań laboratoryjnych sprzężyć z badaniami in-situ (CPTU, DMT/SDMT, FVT).

Jeśli potrzebują Państwo rozpoznania podłoża zgodnie z Eurodkodem 7 – od planu badań po projekt geotechniczny – dobierzemy odpowiednią metodę poboru prób oraz metodę badawczą pod konkretną inwestycję, dzięki czemu znacznie zniwelują Państwo ryzyko geotechniczne na budowie.