Badanie płytą dynamiczną

Badanie płytą dynamiczną, znane również jako badanie dynamiczne LWD, to metoda oceny właściwości mechanicznych nawierzchni drogowych i innych powierzchni,  jedna z metod badanie zagęszczenia i nośności gruntu. Badanie płytą dynamiczną polega na zastosowaniu dynamicznego obciążenia na próbkę nawierzchni przy użyciu specjalnej płyty dynamicznej.

Metoda badania płytą dynamiczną gruntu

Badanie płytą dynamiczną to metoda geotechniczna służąca do oceny nośności i stopnia zagęszczenia gruntu. Jest to szybka i stosunkowo prosta metoda, pozwalająca na uzyskanie informacji o parametrach gruntu w warunkach polowych.

W badaniu płytą dynamiczną LWD, płyta jest umieszczana na powierzchni nawierzchni i poddana jest powtarzającym się cyklom obciążeń dynamicznych poprzez wywieranie na niej impulsów obciążenia. Pomiary są przeprowadzane, aby zarejestrować odpowiedzi nawierzchni na te impulsy, takie jak odkształcenia, prędkość propagacji fali i inne parametry dynamiczne.

W ramach tej metody na powierzchnię gruntu stawia się płytę – zazwyczaj metalową, o określonym kształcie i wymiarach – która służy jako strefa rozkładu obciążenia. Na płytę oddziaływuje dynamiczny ciężar (np. spadający młot lub inny mechanizm uderzeniowy), co powoduje krótkotrwałe, dynamiczne obciążenie podłoża. W wyniku tego obciążenia rejestruje się przemieszczenie płyty, które następnie koreluje się z właściwościami mechanicznymi gruntu, takimi jak:

• Nośność gruntu: Określenie maksymalnego obciążenia, jakie grunt może przenieść bez nadmiernych osiadań.

• Moduł sprężystości: Charakteryzuje zachowanie się gruntu pod wpływem obciążenia.

• Reakcja podłoża: Parametr związany z sztywnością gruntu (tzw. moduł reakcji).

Wykonanie badania płytą dynamiczną LWD

Badanie polega na dynamicznym obciążeniu płyty leżącej na gruncie. Obciążenie to wywoływane jest przez uderzenie obciążnika o określoną masie (zazwyczaj 10 kg) spadającego z określonej wysokości (ok. 70 cm) na płytę obciążającą o średnicy 30 cm. W wyniku uderzenia następuje odkształcenie podłoża, które jest mierzone za pomocą elektronicznego czujnika. Na podstawie pomiarów oblicza się dynamiczny moduł odkształcenia (EvD), wyrażany w MN/m² lub MPa.

Etapy badania płytą dynamiczną LWD

Badanie płytą dynamiczną gruntu przebiega według następujących etapów:

1. Przygotowanie stanowiska:

   • Wybór odpowiedniego obszaru i oczyszczenie miejsca od ewentualnych przeszkód.

   • Zapewnienie, że podłoże jest reprezentatywne dla badanego terenu.

2. Umieszczenie płyty:

   • Płyta, której powierzchnia jest dokładnie określona (najczęściej okrągła lub kwadratowa), jest umieszczana na gruncie.

   • Uporządkowanie poziomu i kontaktu płyty z podłożem jest kluczowe dla dokładności pomiarów.

3. Wywołanie obciążenia dynamicznego:

   • Specjalnie przygotowany ciężar (często młot lub inny mechanizm) spada z ustalonej wysokości, oddziałując bezpośrednio na płytę.

   • Każde uderzenie generuje impuls dynamiczny, który powoduje osiadanie płyty.

4. Pomiar odkształceń i rejestracja danych:

   • Mierzy się przemieszczenie płyty (osiadanie), zwykle przy pomocy czujników lub specjalnych urządzeń rejestrujących.

   • Rejestrowana jest liczba uderzeń lub energia uderzenia w odniesieniu do osiągniętej głębokości osiadania.

5. Interpretacja wyników:

   • Uzyskane dane koryguje się za pomocą przyjętych korelacji kalibracyjnych, często opracowanych na podstawie badań statycznych lub laboratoriów.

   • Badając krzywą obciążenie–osiadanie, inżynier określa wybrane parametry gruntu, niezbędne przy projektowaniu fundamentów czy analizie nośności.

Wyniki badania płytą dynamiczną

Badanie płytą dynamiczną dostarcza różne informacje o nawierzchni, takie jak:

• Wytrzymałości i nośność gruntu: Badanie to pozwala na ocenę wytrzymałości i nośności nawierzchni drogowych poprzez mierzenie jej reakcji na obciążenia dynamiczne. Może pomóc w identyfikacji słabych miejsc nawierzchni, pęknięć, deformacji czy obniżonej nośności.
• Elastyczność: Płytą dynamiczną można mierzyć elastyczność nawierzchni, czyli zdolność nawierzchni do odkształcania się pod wpływem obciążeń i do powrotu do pierwotnego kształtu po ich zniknięciu. Pomiar elastyczności jest istotny dla oceny trwałości i komfortu nawierzchni.
• Parametry dynamiczne: Badanie to pozwala również na otrzymanie parametrów dynamicznych nawierzchni, takich jak prędkość propagacji fali, czas reakcji, sztywność czy tłumienie drgań. Te parametry mogą być wykorzystywane do oceny jakości i charakterystyk mechanicznych nawierzchni.
• Porównywanie nawierzchni: Badanie płytą dynamiczną umożliwia porównywanie różnych nawierzchni pod względem ich właściwości mechanicznych. Może być stosowane do oceny skutków różnych rodzajów materiałów, grubości nawierzchni, technik konstrukcyjnych i innych czynników na jej wydajność.

Przebieg badania płytą dynamiczną

• Przygotowanie podłoża: Podłoże pod badanie powinno być wyrównane i oczyszczone z luźnych fragmentów.
• Ustawienie płyty: Płyta obciążająca jest umieszczana na przygotowanym podłożu.
• Obciążanie dynamiczne: Obciążnik jest podnoszony na określoną wysokość i zwalniany, uderzając w płytę.
• Pomiar odkształcenia: Czujnik elektroniczny mierzy odkształcenie podłoża.
• Obliczenie modułu EvD: Na podstawie pomiarów obliczany jest dynamiczny moduł odkształcenia. Zazwyczaj wykonuje się kilka pomiarów w danym punkcie i wyznacza wartość średnią.

Zastosowanie badania płytą dynamiczną

Badanie płytą dynamiczną znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie, geotechnice i drogownictwie. Jest wykorzystywane m.in. do:

• Kontroli zagęszczenia gruntu: Badanie pozwala ocenić, czy grunt został odpowiednio zagęszczony, np. pod fundamenty, posadzki, drogi, place manewrowe.
• Oceny nośności podłoża: Moduł EvD jest wskaźnikiem nośności gruntu i może być wykorzystywany do projektowania fundamentów i innych konstrukcji.
• Badania podłoża pod drogi i autostrady: Badanie pozwala ocenić jakość podłoża i jego przydatność do budowy nawierzchni drogowych.
• Badania osuwisk: Badanie może być wykorzystywane do oceny stabilności zboczy i prognozowania ryzyka osuwisk.

Badanie płytą w  prakcyce budowlanej

Badanie płytą dynamiczną gruntu znalazło zastosowanie głównie w:

• Wstępnej ocenie gruntów przed większymi inwestycjami budowlanymi,

• Weryfikacji założeń dotyczących nośności podłoża przy projektowaniu fundamentów,

• Monitorowaniu procesów zagęszczania gruntu przy robotach budowlanych.

Dzięki szybkiemu charakterowi i relatywnie niskim kosztom jest to metoda często używana przy projektach drogowych, budowie autostrad czy przy modernizacjach istniejących struktur.

Zalety i wady badania płytą dynamiczną

Zalety:

• Szybkość i efektywność: Badanie jest stosunkowo szybkie do przeprowadzenia, co umożliwia pobranie wystarczającej ilości danych bez konieczności długotrwałych obserwacji, typowych dla testów statycznych.

• Ekonomiczność: Metoda ta nie wymaga skomplikowanego i kosztownego sprzętu laboratoryjnego, co czyni ją atrakcyjną przy wstępnych badaniach gruntowych.

• Łatwość wykonania: Prosty charakter procedury umożliwia szerokie stosowanie testów dynamicznych w terenie.

Ograniczenia:

• Konieczność kalibracji: Wyniki badań dynamicznych muszą być odpowiednio skalibrowane, co często wymaga porównania z wynikami testów statycznych lub badań laboratoryjnych.

• Wpływ warunków terenowych: Lokalna wilgotność, temperatura, rodzaj gruntu czy warstwowanie podłoża mogą wpływać na uzyskane wyniki, co może wprowadzać pewne niepewności w interpretacji danych.

• Ograniczona reprezentatywność: W przypadku gruntów o bardzo zróżnicowanej strukturze pojedynczy wynik może nie w pełni oddać charakterystyk całego profilu gruntowego.

Różnice między badaniem płytą dynamiczną a VSS

Badanie płytą dynamiczną różni się od badania płytą statyczną VSS sposobem obciążania podłoża. W badaniu dynamicznym obciążenie jest przykładane dynamicznie, poprzez uderzenie, natomiast w badaniu VSS obciążenie jest statyczne, stopniowo zwiększane. Badanie VSS jest bardziej precyzyjne, ale również bardziej czasochłonne i kosztowne.

Badanie płytą dynamiczną jest wykorzystywane w dziedzinie inżynierii drogowej i jest pomocne w projektowaniu, ocenie, monitorowaniu i konserwacji nawierzchni drogowych. Dostarcza informacji o charakterystykach mechanicznych nawierzchni, które mogą być wykorzystane do poprawy bezpieczeństwa, trwałości i efektywności dróg.

Badanie uzupełniające do badania płytą dynamiczną, to sondowanie DPL.

Normy

1. Norma BN-77/8931-12 Oznaczenie wskaźnika zagęszczenia gruntu.
2. Norma PN-B-04481:1988 Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
3. Norma PN-EN 1997-2:2009 Eurokod 7 Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.