Nowe standardy badań CPTU – wyższa jakość ale i koszty

Za badanie najwyższej jakości (kategori A) uznaje się badanie wykonane penetrometrem klasy 0, podczas którego różnica wartości referencyjnych (tzw. zerowych na początku i na końcu testu) mieści się we wskazanych granicach. Zatem w myśl nowego standardu, wykorzystanie nawet najbardziej precyzyjnego penetrometru nie gwarantuje uzyskania najwyższej jakości badania. Możliwa jest wręcz sytuacja, że penetrometrem klasy 0 uzyskamy badanie o najniższej jakości (dla którego wystarczy penetrometr klasy 3). Wprowadzenie takiego wymogu wymusi zmianę podejścia zarówno wykonawców, jak i zleceniodawców badań CPTU. Ponieważ nie sposób założyć a priori, że wszystkie z sondowań (nawet tym samym penetrometrem) uda się wykonać od razu w zamierzonej kategorii (np. B), możliwe są dwa podejścia: albo zleceniodawca przyjmie pewien margines liczby badań niższej kategorii, albo zgodzi się na wyższą cenę za badanie (uwzględniającą np. wymianę sprzętu czy powtórzenie badania). Niepewność co do rzeczywistej kategorii badania wynika bowiem nie tylko z faktu dbałości przez wykonawcę o sprzęt i procedury, ale również i warunków lokalnych, jak specyficzny układ warstw, obecność kamieni w podłożu, czy gradient termiczny [6].

W tym miejscu warto zwrócić uwagę na zmianę w numeracji klas penetrometru i odpowiednie zrozumienie pozycji poszczegónych kategorii badania na skali ich jakości. W nowym standardzie ISO praktycznie zrezygnowano z najniższej klasy penetrometru – 4., wprowadzając w zamian najwyższą – klasę 0 (tabela 2). Zatem klasy 1-3 odpowiadają poprzednim, natomiast klasę 0 należy traktować jako o podwyższonej precyzji. Jej stworzenie podyktowane było spostrzeżeniami z badań w gruntach słabych, głównie organicznych, do których w praktyce należy ograniczyć zastosowanie takiego penetrometru. W przypadku badań większości gruntów mineralnych, nadal w zupełności wystarczjącym urządzeniem jest penetrometr klasy 1. Odnosząc tę informację do wprowadzonych kategorii badania, łatwo zauważyć, że w praktyce wykonanie testu kategorii A jest możliwe tylko w przypadku gruntów słabych (jeżeli będziemy kierowali się dobrze pojętą adekwatnością doboru klasy penetrometru do właściwości badanego gruntu). W większości zatem przypadków w Polsce, sondowania statyczne będą wykonywane co najwyżej w kategorii B, ale i tak zapewni to jakość najprawdopodobniej tylko niekiedy osiąganą do tej pory w klasie 1 [9] (tab. 3).

Kalibracja penetrometru i kontrola wykonania testu

Aktualny standard ISO [10] wymaga od wykonawcy spełnienia bardziej rygorystycznych norm dotyczących m. in. kalibracji i zużycia sprzętu. Kwestia bardziej rozbudowanych procedur kalibracyjnych jest co prawda sprawą producenta penetrometru, ale pośrednio wpłynie na cenę wykonania badań. Urządzenia spełniające nowe standardy będą kosztowniejsze w przygotowaniu i to nie tylko nowego penetrometru, ale i kalibracji używanego. W połączeniu z koniecznością wykonania kalibracji urządzenia po niemal każdym wątpliwym pomiarze (gdy np. powtarza się zbyt duża od oczekiwanej różnica w wartościach referencyjnych testu) lub co 12 miesięcy, wpłynie to na wzrost ceny badania.

W nowej normie zaostrzono również wymagania dotyczące zużycia elementów ciernych (stożka i pobocznicy) względem siebie. Zmniejszono maksymalną dopuszczalną różnicę w średnicy stożka i pobocznicy o około 30%, z 0,35 mm do 0,25 mm, wprowadzając jednocześnie obowiązek rejestracji tych wartości dla każdego z badań. Obserwacje dokonane podczas rozbudowanych testów porównawczych wskazały bowiem, że jedną z przyczyn błędnych pomiarów tarcia na pobocznicy jest właśnie kwestia nierównomiernego zużycia elementów penetrometru.

Innym elementem, na który zwrócono uwagę jest niedoceniany do tej pory wpływ różnic temperatury podczas pomiaru, zarówno pomiędzy momentem odczytu zerowego, jak i w trakcie penetracji podłoża. Na znaczenie tego efektu wskazywali już m. in. Boylan i inni [11], lecz łączono go głównie z różnicą pomiędzy temperaturą w momencie zerowania na powierzchni gruntu i pomiaru na określonej głębokości. Ówczesne obserwacje wskazywały, że w przypadku badania gruntów słabych, np. organicznych o bardzo niewielkiej wytrzymałości na ścinanie, zmiany temperatury zaledwie o kilka stopni Celsjusza mogą wpłynąć na zupełnie błędny pomiar (np. ujemny opór stożka). Współcześnie uważa się, że wpływ na wyniki pomiaru może mieć już nawet wzrost temperatury stożka podczas przejścia przez warstwy zagęszczonego piasku [12]. Właśnie efekt temperatury był jedną z przyczyn wprowadzenia klasy 0. penetrometrów, w której dla osiągnięcia zakładanej precyzji konieczne jest wykorzystanie do korekty parametrów CPTU pomiarów termicznych, prowadzonych przez tzw. termistor umieszczony w penetrometrze. Warto również zaznaczyć, że penetrometry niektórych z producentów cechują się wyraźnie mniejszą wrażliwością na zmiany temperatury, ze względu na zastosowane rozwiązania techniczne. Niezależnie od tego zerowanie stożka przed wykonaniem badania należy prowadzić w temperaturze odpowiadającej temperaturze podłoża.

Ostatnią kwestą poruszoną w niniejszym artykule jest bagatelizowany zazwyczaj wpływ odchylenia ścieżki penetracji od pionu. Pomiary inklinometru są przez wykonawców zwykle traktowane jako informacja o ryzyku uszkodzenia sprzętu (przy dużych wartościach odchylenia od pionu). Ze względu jednak na stosowany sposób pomiaru głębokości (poprzez długość żerdzi) wpływ odchylenia ma również istotny związek z faktycznym miejscem pomiaru w przestrzeni. Obliczenia prowadzone podczas głębokich badań CPTU (do 70 m głębokości) prowadzonych w gruntach piaszczystych i organicznych, wskazują, że faktyczny pomiar na głębokości 70 m może odbywać się już ok. 10 m w rzucie od punktu startowego sondowania (Kroff 2013). Przy pewnym zbiegu okoliczności może więc interferować z innymi badaniami prowadzonymi w pobliżu.