Płyta do badania zagęszczenia gruntu

Płyta do badania zagęszczenia gruntu jest narzędziem stosowanym w inżynierii geotechnicznej do oceny nośności oraz stopnia zagęszczenia podłoża gruntowego i warstw konstrukcyjnych nawierzchni drogowych. Badanie to jest kluczowe w kontroli jakości robót ziemnych, zapewniając odpowiednie parametry wytrzymałościowe i trwałość konstrukcji budowlanych. Najczęściej stosowana jest płyta typu lekkiego, tzw. lekka płyta dynamiczna.

Rodzaje płyt do badań zagęszczenia

Płyta statyczna (VSS)

• Opis: Umożliwia ocenę statycznego modułu odkształcenia gruntu (Ev) poprzez pomiar osiadania pod wpływem stopniowo przyłożonego obciążenia.

• Zastosowanie: Kontrola zagęszczenia podłoża pod fundamenty, drogi, nasypy.

Płyta dynamiczna (LPD, LWD)

• Opis: Pozwala na szybkie określenie dynamicznego modułu odkształcenia (Evd) gruntu za pomocą krótkotrwałych impulsów obciążeniowych.

• Zastosowanie: Szybka kontrola zagęszczenia warstw konstrukcyjnych podczas budowy dróg, lotnisk, placów składowych.

Płyta statyczna (VSS)

Opis urządzenia

• Płyta obciążająca: Stalowy krążek o średnicy 300 mm lub 600 mm.

• Urządzenie obciążające: Zestaw ciężarów lub siłownik hydrauliczny pozwalający na stopniowe przyłożenie obciążenia.

• Przyrządy pomiarowe: Czujniki przemieszczeń (induktometry) o wysokiej precyzji.

• Układ reakcyjny: Pojazd o odpowiedniej masie lub rama obciążająca zapewniająca przeciwwagę dla przyłożonego obciążenia.

Metodyka badania

1. Przygotowanie powierzchni:

   • Wyrównanie terenu i usunięcie luźnych elementów.

   • Ustawienie płyty na badanej powierzchni.

2. Obciążanie:

   • Przyłożenie obciążenia w trzech cyklach: obciążanie, odciążanie, ponowne obciążanie.

   • Stopniowe zwiększanie obciążenia do maksymalnej wartości, zwykle 0,1 MPa dla płyt o średnicy 300 mm.

3. Pomiary:

   • Rejestrowanie osiadań przy każdym stopniu obciążenia.

   • Prowadzenie pomiarów aż do ustabilizowania się osiadania (przyrost <0,02 mm/min).

Obliczenia

• Moduł odkształcenia Ev1 i Ev2:

gdzie:

• $E_{v}E\_v$ – moduł odkształcenia [MPa],

• $rr$ – promień płyty [mm],

• $p_1,p_{2}p\_1,\; p\_2$ – obciążenia [MPa],

• $s_1,s_{2}s\_1,\; s\_2$ – osiadania [mm].

• Wskaźnik odkształcenia $\frac{E_{v2}}{E_{v1}}frac\{E\_\{v2\}\}\{E\_\{v1\}\}$:

  • Informuje o stopniu zagęszczenia i jakości podłoża.

Płyta dynamiczna (LPD, LWD)

Opis urządzenia

• Płyta obciążająca: Stalowy dysk o średnicy 300 mm.

• Masa udarowa: Ciężar (ok. 10 kg) spadający z określonej wysokości, generujący impuls obciążeniowy.

• Czujnik przemieszczeń: Rejestruje ugięcie podłoża pod wpływem dynamicznego obciążenia.

• Jednostka sterująca: Urządzenie elektroniczne obliczające dynamiczny moduł odkształcenia Evd.

Metodyka badania

1. Przygotowanie podłoża:

   • Usunięcie nierówności i luźnych cząstek.

   • Ustawienie płyty bezpośrednio na powierzchni gruntu.

2. Przeprowadzenie badania:

   • Wykonanie kilku uderzeń wstępnych w celu zapewnienia pełnego kontaktu płyty z podłożem.

   • Rejestracja ugięć podczas kolejnych uderzeń pomiarowych.

Obliczenia

• Dynamiczny moduł odkształcenia Evd:

gdzie:

• $E_{vd}E\_\{vd\}$ – dynamiczny moduł odkształcenia [MPa],

• $kk$ – współczynnik aparaturowy,

• ${\sigma }_{0}sigma\_0$ – maksymalne naprężenie kontaktowe [kPa],

• $ww$ – maksymalne ugięcie [mm].

Normy i standardy

• PN-EN 1997-2:2009 – Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne – Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.

• PN-S-02205:1998 – Drogi samochodowe – Roboty ziemne.

• TPBF – 1/2009 – Techniczne wytyczne badań płytą dynamiczną.

Zastosowanie w praktyce

• Budownictwo drogowe i kolejowe:

  • Kontrola zagęszczenia warstw konstrukcyjnych nasypów, podbudów, podłoża gruntowego.

• Budownictwo kubaturowe:

  • Ocena nośności podłoża pod fundamenty budynków, posadzki przemysłowe.

• Infrastruktura lotniskowa:

  • Badanie parametrów wytrzymałościowych podłoża pod pasy startowe i drogi kołowania.

• Inne obszary:

  • Sprawdzanie zagęszczenia gruntu wokół instalacji podziemnych (rury, kanały).

  • Kontrola jakości w trakcie budowy wałów przeciwpowodziowych.

Zalety i ograniczenia metod

Płyta statyczna:

• Zalety:

  • Dokładne odwzorowanie warunków obciążenia statycznego.

  • Powszechnie akceptowana metoda w normach i specyfikacjach technicznych.

• Ograniczenia:

  • Czasochłonność badania.

  • Wymagany ciężki sprzęt (układ reakcyjny).

Płyta dynamiczna:

• Zalety:

  • Szybkość i mobilność – możliwość wykonania wielu pomiarów w krótkim czasie.

  • Niewielkie gabaryty i łatwość obsługi.

• Ograniczenia:

  • Mniejsza głębokość wpływu (badanie dotyczy głównie górnej warstwy gruntu).

  • Wpływ czynników zewnętrznych (np. wilgotność, temperatura) na wyniki.

Procedury kalibracji i weryfikacji

• Kalibracja urządzeń:

  • Regularna kalibracja zgodnie z wytycznymi producenta.

  • Sprawdzenie czujników, masy udarowej, elementów mechanicznych.

• Weryfikacja wyników:

  • Porównanie wyników z wartościami referencyjnymi.

  • W razie wątpliwości zastosowanie metod alternatywnych (np. badanie aparatem Proctora).

Czynniki wpływające na wyniki badań

• Wilgotność gruntu:

  • Zbyt wysoka lub niska wilgotność może zafałszować wyniki.

  • Zaleca się prowadzenie badań w optymalnych warunkach wilgotnościowych.

• Temperatura otoczenia:

  • Ekstremalne temperatury mogą wpływać na właściwości gruntu oraz urządzeń pomiarowych.

• Stan powierzchni:

  • Nierówności, luźne cząstki, obecność kamieni mogą wpływać na dokładność pomiarów.

Płyty do badania zagęszczenia gruntu stanowią niezbędne narzędzie w kontroli jakości prac ziemnych i fundamentowych. Wybór odpowiedniej metody (statycznej czy dynamicznej) zależy od specyfiki projektu, dostępności sprzętu oraz wymagań normatywnych. Zapewnienie prawidłowego zagęszczenia gruntu jest kluczowe dla trwałości i bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych.