Interpretacija i primjena stati čke penetracije (CPTU) …...Interpretacija i primjena stati čke...

Interpretacija i primjena statičke penetracije (CPTU)

Završni rad

SADRŽAJ

UVOD ........................................................................................................................................... 1

Popis i objašnjenje kratica i pojmova ............................................................................................ 2

1. POVIJESNI RAZVOJ CPT-a ............................................................................................... 4

2. OPREMA ZA STATIČKI PENETRACIJSKI POKUS ........................................................ 8

2.1. Konusni penetrometar ................................................................................................... 8

2.2. Potisna oprema .............................................................................................................. 8

3. PRIMJENA CPT-a ............................................................................................................... 9

3.1. CPT na tlu ..................................................................................................................... 9

3.2. CPT na vodi ................................................................................................................ 11

4. SVRHA CPTU ISPITIVANJA ........................................................................................... 13

4.1. Stratifikacija tla ........................................................................................................... 14

5. MJERENJA I KOREKCIJE ................................................................................................ 15

5.1. Prikupljanje podataka .................................................................................................. 15

5.2. Sampliranje ................................................................................................................. 17

5.3. Mjerenje dubine prodiranja ......................................................................................... 18

5.3.1. Korekcije dubine ..................................................................................................... 18

5.4. Mjerenje vertikalnosti ................................................................................................. 18

5.5. Mjerenje pornog tlaka ................................................................................................. 19

5.5.1. Korekcija za porni tlak ............................................................................................ 21

5.6. Faktori koji utječu na mjerenja i korekcije .................................................................. 23

6. PREZENTACIJA REZULTATA ....................................................................................... 24

6.1. Dodatne informacije .................................................................................................... 25

6.2. Primjer prikaza rezultata ............................................................................................. 26

ZAKLJUČAK ............................................................................................................................. 29

LITERATURA: .......................................................................................................................... 30


Završni rad

1

UVOD

Sa sve većim porastom urbanizacije, broja stanovnika povećava se potreba

izgradnje građevina potrebnih za stanovanje te prometnica, a samim time povećava se

broj istraživanja u svrhu izgradnje. In situ istraživanja sve više zauzimaju jedno od

najvažnijih mjesta u geotehničkim istraživanjima. Sve se više kombiniraju metode

istraživanja dok se individualna istraživanja pomalo napuštaju. In situ istraživanja

zauzimaju zasluženo istaknuto mjesto zbog napredne tehnike ispitivanja kao i prikaza

rezultata, razumno jeftinih i brzih ispitivanja te postojećim iskustvom u izvođenju

radova. Cilj svih geotehničkih istraživanja jest dobivanje geotehničkog profila tla

odnosno prostorne raspodjele onih svojstava tla, prvenstveno mehaničkih, koja bitno

utječu na stabilnost, uporabivost i ekonomičnost razmatrane građevine i njene okoline

tijekom izvođenja građevinskih radova. Obzirom na različite prilike u tlu, brojnost

raspoloživih postupaka prikupljanja podataka, razlike u njihovoj podobnosti za

utvrđivanje pojedine vrste i pojedinog svojstva tla, visokoj cijeni, kao i razlika u

vrstama podataka koje treba prikupiti za različite vrste građevina i građevinskih

zahvata, istražne radove treba pomno planirati. Planiranjem treba sve te razlike uzeti u

obzir kako bi prikupljeni podaci omogućili sigurnu i ekonomičnu gradnju i uporabu

građevine, svodeći rizik na prihvatljivu mjeru, a da bi troškovi i vrijeme izvođenja

istražnih radova ostali u razumnim okvirima. Rezultati se osim na terenu mogu dobiti i

u laboratoriju, međutim terenska ispitivanja često daju točnije rezultate od

laboratorijskih. Jedna od osnovnih inžinjerskih zadaća je određivanje svojstava

materijala i prirodnog stanja naprezanja (koje će biti poremećeno inženjerskim

zahvatom) kako bi se mogao projektirati inženjerski objekt. Potrebno je dobro poznavati

karakteristike tla na kojem se gradi za što je potrebno znanje i iskustvo tj. iskusni

geotehničar.


Završni rad

2

Popis i objašnjenje kratica i pojmova

CPT

Cone Penetration Test, statički penetracijski pokus

CPTU

Cone Penetration Test with pore water pressure measurement, statički penetracijski

pokus s mjerenjem pornog tlaka vode

Otpor prodiranju konusa ��

Ukupna sila koja djeluje na konus, ��, podjeljena sa površinom konusa ��, (�� =

��/��)

Korigirani otpor prodiranju konusa ��

Otpor prodiranju konusa ��, korigiran zbog djelovanja pornog tlaka

Trenje po plaštu �

Ukupna sila trenja �� koja djeluje na plašt konusa podjeljenja s površinom plašta ��,

(�� = ��/��)

Korigirano trenje po plaštu ��

Trenje po plaštu konusa korigirano zbog djelovanja pornog tlaka

Konusni penetrometar

Uređaj koji se satoji od konusa, plašta po kojemu se odvija trenje te se sastoji od

mnogih drugih uređaja za mjerenje kao i potisnih šipki

Piezometar

Uređaj koji se satoji od konusa, plašta po kojemu se odvija trenje te filtera za mjerenje

pornog tlaka

Omjer trenja ��


Završni rad

3

Omjer trenja po plaštu �� i otpora prodiranja konusa �� mjerenih na istoj dubini,

izražava se u

postocima [�� = (��/��) · 100]

Porni tlak u

Porni tlak koji se generira tokom penetracije i mjeri koristeći uređaje za mjerenje

pornog tlaka.

Faktor korekcije a

Faktor korekcije jednak je An / Ac , gdje su An i Ac površine poprečnih presjeka unutrašnjeg, odnosno vanjskog dijela konusa.

ISSMFE

International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering

OCR

Omjer prekonsolidacije


Završni rad

1. POVIJESNI RAZVOJ CPT-a

Penetracijsko ispitivanje (CPT) je in situ metoda ispitivanja koja se koristi za

određivanje sastava tla i geotehničkih inženjerskih svojstava tla bez uzimanja uzorka.

CPT je jedan od najčešće korištenih metoda in situ ispitivanja tla širom svijeta.

1932

Statički penetracijski pokus (CPT – Cone Penetration Test ) razvijen je u

Nizozemskoj 1932. godine. Tada se penetrometar sastojao od plinske cijevi dijametra

19 mm unutar kojega se nalazila čelična šipka dijametra 15 mm koja se mogla slobodno

kretati unutar plinske cijevi gore i dolje. Konus se nalazio na samome vrhu čelične

šipke. Konus je bio površine 10 cm2 i s kutom od 60 ̊(Slika 1.) koji su se pritiskali u tlo

ručno. Maksimalna dubina prodiranja bila je 10-12 m a otpor se očitavao na

manometru[1].

Slika 1.Grafički prikaz konusa s vrhom od 60 ̊

1935

Delf Laboratorij za mehaniku tla dizajnirao je prvi ručno operativni

penetracijski konus težine 10 tona (100 kN) .


Završni rad

1953

Daljnim razvojem nastali su razni mehanički penetrometri koji su i danas u široj

upotrebi zbog niske cijene održavanja i jednostavnosti. Mjere silu potrebnu za

pritiskanje štapa u tlo a ona se mjeri na manometru koji se nalazi na površini tla.

Mjerenje mehaničkim penetrometrom daje prihvatljive rezultate za homogena tla ali ne i

za mekana tla. Nekoliko nizozemskih i belgijskih inženjera su kasnijim radom

usavršavali alatke za CPT. Vermeiden i Plantema su iznad samoga vrha konusa dodali

konusni dio štapa, plašt, (Slika 2. a) koji je sprječavao zastoj zemlje u udubini između

kućišta i štapa. Nekoliko godina kasnije, 1953., Begemannn je dodao ''adhesion jacket''

dio koji se nalazio iznad samoga konusa (Slika 2. b) i mjerio je lokalno trenje po obodu

štapa. Mjerenja su se obavljala svakih 20 cm i tada se po prvi put počelo koristiti trenje

po obodu u svrhu klasifikacije tla[2].

Slika 2. a)Nadodani konusni dio štapa, b)“Adhesion jacket“,plašt na kojemu se mjeri

trenje

1965

Prvi električni penetrometar (Slika 3.) napravljen je 1965 g. i kao takav se u

osnovama zadržao sve do danas. Ovakav penetrometar radi na način da se signali iz


Završni rad

konusa na površinu šalju putem kabela koji se nalazi unutar šipke. Električni

penetrometar ima prednosti ispred mehaničkog:

• eliminiraju se pogrešne interpretacije rezultata dobivenih trenjem između

unutarnjih šipki i vanjskih cijevi

• omogućava se kontinuirano mjerenje

• puno jednostavnija mjerenja i točniji podaci

Jedna od glavnih razlika je da električni konusni penetrometar koristi i jako osjetljiva

opterećenja unutarnjih ćelija te se time dobivaju točniji rezultati koji se mogu iskoristiti

i prilikom istraživanja mekih tala. Danas postoje brojne vrste različitih električnih

penetrometara koji su se razvili u različitim zemljama

Slika 3.Prvi električni penetrometar

Danas se ovaj pokus provodi utiskivanjem u tlo posebne električne sonde promjera

35.7 mm (površine poprečnog presjeka 10 cm2-15cm2), pomoću šipki istog promjera ,

brzinom 20 mm/s. Sonda na svom dnu ima šiljak konusnog oblika s vršnim kutom od

60 ̊ , koji mjeri otpor prodiranju kroz tlo, bilježen kao �� (kN/m2). Ukupna sila koja

djeluje na konus �� podjeljena sa povšinom na koju se djeluje daje nam otpor

prodiranju konusa ��, a ukupna sila koja djeluje na plašt konusa �� podjeljena s

površinom plašta daje nam trenje po plaštu odnosno ��. Sonda je opskrbljena

električnim mjerenjima, koja omogućuju kontinuirano prikupljanje podataka tijekom

prodiranja. Pokus je postao najpopularniji in situ geotehnički pokus zbog svoje brzine,

ekonomičnosti i različitih mogućnosti mjerenja.


Završni rad

Na Slici 4. se vidi sonda statičkog penetracijskog pokusa bez mjerenja pornog

tlaka (CPT, lijevo) i s mjerenjem pornog tlaka (CPTU, desno); �� je korigirani otpor

šiljka a koeficijent a se dobije baždarenjem. Na plaštu sonde, iznad šiljka, nalazi se

čelična košuljica koja mjeri silu trenja po svojoj površini, fs (kN/m2). Sonda može biti

opskrbljena i uređajem za mjerenje tlaka vode (u tom slučaju oznaka pokusa je CPTU).

Ovaj uređaj može biti smješten na samom šiljku (tlak vode se označava s ��), ili iza

šiljka, neposredno ispod košuljice (tlak vode se označava s ��). Ovaj drugi je slučaj

standardan[3].

Slika 4. Sonda statičkog penetracijskog pokusa: CPT- lijevo,

CPTU-desno


Završni rad

8

2. OPREMA ZA STATIČKI PENETRACIJSKI POKUS

2.1. Konusni penetrometar

Osnovna oprema za ispitivanje je penetrometar odnosno piezometar ako se mjeri

i porni tlak. Dolaze u različitim veličinama u rasponu od 10 cm2 do 15 cm2 te se kao

takvi najčešće i koriste. Međutim postoje i penetrometri s mini-konusom površine

kružnog presjeka 2cm2 do velikih površine 40 cm2. Mini konusi se koriste za ispitivanja

u plitkom tlu dok se veliki konusi mogu koristiti za ispitivanja u šljunčanom tlu[4].

Nakon otkrića električnog piezometra dodani su razni senzori koji mogu mjeriti

parametre kao što su:

• geofoni (valovi)

• temperatura

• kamera

• pH

• izmjena kisika (redoks), itd.

2.2.Potisna oprema

Potisna oprema se sastoji od šipki koje imaju svrhu „produžene ruke“, potisnog

mehanizma i reakcijskog okvira. Osnovna zadaća potisne opreme je utiskivanje konusa

penetrometra u tlo.

Interpretacija i primjena stati

3. PRIMJENA CPT-a

3.1.CPT na tlu

Utiskivanje šipke u tlo se na terenu obavlja razli

samom težinom prijevoznog sredstva, kamionom. Platforme koje se koriste za

utiskivanje penetrometra u tlo sastoje se od hidrauli

je potreban za utiskivanje konusa varira izme

(Slika 5.) dok se za mekana tla koristi i potisak od 50 kN. Maksimalno optere

konusu standardnog dijametra 37.5 mm je 200 kN i svako preoptere

uzrokovati štetu ili izvijanje šipki u tlu ili na površini kod kamiona s opremom. Potisni

stroj bi trebao biti postavljen

Slika 5.

Odstupanje od početnog potiska

izbjeglo oštećenja opreme

okomitost nije toliko značajna. Normalna oprema težine 200 kN daje rezultate CPT

dubinama do 30 m za pijeske i tvr

dubinama do 100 m, dok šljun


Završni rad

Utiskivanje šipke u tlo se na terenu obavlja različitom opremom ali naj


utiskivanje penetrometra u tlo sastoje se od hidrauličke dizalice. Kapacitet potiska koji

utiskivanje konusa varira između 10 i 20 tona odnosno 100 i 200 kN

dok se za mekana tla koristi i potisak od 50 kN. Maksimalno optere

konusu standardnog dijametra 37.5 mm je 200 kN i svako preoptere


postavljen tako da se postigne potisak u vertikalnom smjeru

Slika 5.Kamion koji služi kao potisni stroj

potiska ne smije prelaziti 2 stupnja. Ovo je korisno

i razbijanje potisne šipke. Za manje od 15 m

čajna. Normalna oprema težine 200 kN daje rezultate CPT

dubinama do 30 m za pijeske i tvrđe gline, no u mekšim tlima moguće je testiranje i na

dubinama do 100 m, dok šljunčana tla ograničavaju CPT metodu te ošteć

itom opremom ali najčešće


ke dizalice. Kapacitet potiska koji

u 10 i 20 tona odnosno 100 i 200 kN

dok se za mekana tla koristi i potisak od 50 kN. Maksimalno opterećenja na

konusu standardnog dijametra 37.5 mm je 200 kN i svako preopterećenje može


smjeru.

korisno kako bi se

15 m dubine ne-

ajna. Normalna oprema težine 200 kN daje rezultate CPT-a na

e je testiranje i na

metodu te oštećuju opremu.


Da bi se dobili rezultati na još ve

može postići postavljanjem proširenih spojki na šipku na maloj udalje

iznad konusa penetrometra.

Dubina prodiranja će biti

neke stijene. Zbog toga se u takvim tvr

konusa od 15 cm2 da bi se pove

robusni i imaju nešto veći

isplakama da bi se smanjilo trenje po obodu.

Kada se testiraju neka tvr

6.) kako bi se spriječilo ošte

šipkom koja emitira oblik penetrometra ali je nešto ve

područjima se pred-bušenje izvodi ru

izbjegli kontakti sa podzemnim cijevima komunalija.

Slika 6.


Završni rad

Da bi se dobili rezultati na još većim dubinama treba smanjiti trenje na šipkama. To se

i postavljanjem proširenih spojki na šipku na maloj udaljenosti, oko 1 m

iznad konusa penetrometra.

e biti smanjena ako penetrometar naiđe na slojeve šljunka ili na

neke stijene. Zbog toga se u takvim tvrđim slojevima koriste penetrometri s površinom

da bi se povećala dubina prodiranja, jer su takvi penetrometri više

ći dijametar. Šipke penetrometra se također mogu podmazivati

isplakama da bi se smanjilo trenje po obodu.

Kada se testiraju neka tvrđa tla nekada je potrebno koristiti pred-bušenje (

čilo oštećenje konusa penetrometra. Pred-bušenje

šipkom koja emitira oblik penetrometra ali je nešto većeg dijametra. U urbanim

bušenje izvodi ručnim bušilicama do dubine 1.5 m kako bi se

izbjegli kontakti sa podzemnim cijevima komunalija.

Slika 6.Pred-bušenje u urbanim sredinama

im dubinama treba smanjiti trenje na šipkama. To se

nosti, oko 1 m

e na slojeve šljunka ili na

im slojevima koriste penetrometri s površinom

ala dubina prodiranja, jer su takvi penetrometri više

er mogu podmazivati

bušenje (Slika

bušenje se izvodi sa

eg dijametra. U urbanim

nim bušilicama do dubine 1.5 m kako bi se


Završni rad

11

3.2.CPT na vodi

CPT istraživanja iznad vode se dijele na:

• plitke vode (dubina 30-40m)

• duboke vode (dubina >40m)

Za CPT u plitkim vodama se koristi slična oprema i procedura kao i za CPT na

tlu. Usidreni teretni brod mora imati dizalicu kako bi se spriječilo opterećenje tijekom

plime ili utjecaja valova. Ako je voda dovoljno plitka tada se samostojeća platforma

može oslanjati na blatno dno. Kombinacija samostojeće platforme i teretnog broda daje

napovoljnije ekonomsko rješenje.

Za CPT u dubokim vodama potrebna je specijalna oprema s kojom se upravlja s

plovila s bušilicama.

CPT za duboke vode se dijeli na :

• down-hole metodu

• metodu morskog dna

Down-hole (Slika 7. a): Konus penetrometra je pritisnut u tlo na dnu bušeće

jame. Svrdlo se kontrolira dizalicom koja može uhvatiti i izvući svrdlo kada je

postignuta potrebna dubina. U većini slučajeva penetrometar je potisnut ispod svrdla

bušilice koristeći hidraulički cilindar a podaci se očitavaju na palubi broda. Moguće je

koristiti potisak od 10-12 tona. Nakon što se obavi CPT testiranje nastavlja se bušenje

svrdlom ako je to potrebno te se CPT pokus ponavlja.

Metoda morskog dna (Slika 7. b): Penetrometar je potisnut u tlo sa morskog dna.

Dnevno je moguće ostvariti 25-30 testnih stanica sa 3-5 m dubine. Koriste se

penetrometri s površinom konusa 1 cm2[1].



Završni rad

Slika 7.a) Down-hole metoda

Slika 7.b)Metoda morskog dna


Završni rad

13

4. SVRHA CPTU ISPITIVANJA

Glavna svrha CPT (CPTU) ispitivanja je klasifikacija tla, određivanje

slojevitosti, određivanje čvrstoće i deformacijskih karakteristika i propusnosti

temeljnih tala pretežito preko empirijskih korelacija, djelomično i na osnovi

teoretskih izvoda.

Metoda CPT test se sastoji od potiskivanja konusa sonde u tlo, vrh konusa se

utiskuje u zemlju s kontroliranim stopom od 2 cm u sekundi. Kontinuirana mjerenja

otpornosti na prodor konusa iskazuju se kao:

� otpor prodiranju šiljka (qc)

� bočno trenje (fs)

� porni tlak (u)

� temperatura tla (t)

� brzina širenja poprečnih valova (vs)

Na temelju dobivenih rezultata mogu se izračunati neki geotehnički parametri:

• nedrenirana posmična čvrstoća (Cu)

• kut unutrašnjeg trenja (φ) [5]

Svrha CPT:

• određivanje sastava tla i materijala u podpovršinskim slojevima

• procjena geotehničkih parametara

• dobivanje rezultata za izravno geotehničko projektiranje

Prednosti CPT:

• očitavanja slojeva svakih 2cm

• pouzdani podaci

• rezultati su dobiveni u stvarnom vremenu

• korištenje instant CPT rezultata, inženjeri mogu odabrati na licu mjesta,

najbolje lokacije za uzimanje uzoraka


Završni rad

• minimalni poremećaji tla

• visoka učinkovitost (do 150 m testiranja po danu)

Mane CPT:

• uzorci se ne mogu testirati u tvrdim šljunčanim slojevima

4.1.Stratifikacija tla

Drenažne karakteristike tankih slojeva su jako važne za identifikaciju tankih

slojeva pijeska, mulja ili gline unutar tankog tijela gline ili pijeska. Iako CPT mjeri

točne mehaničke karakteristike ponekad se može dogoditi da se promjene između

slojeva gotovo i ne primjete ako su slojevi dovoljno tanki. Na Slici 8. se vidi u kojim

vrstama tla se primjenjuje statički penetracijski pokus.

Slika 8. Primjena CPT-a[S]

Geotehnički in situ istraživački radovi uključuju SPP, CPT (Cone Penetration Testing)

i/ili CPTU (CPT s mogućnošću mjerenja pornog tlaka). Mana CPT-a je što daje manje

precizne podatke i može se upotrebljavati samo u mekim tlima dok CPTU ispitivanja

su preporučena za dobivanje podataka o vrstama materijala tla s mogućnošću dodatnog


Završni rad

15

mjerenja pornih tlakova kako bi se razlučili nedrenirani slojevi (gline, prahovi) od

uglavnom dreniranih slojeva (pijesaka, šljunka).

� pijesak:

• prodiranjem konusa kroz pijesak nastaje visok otpor konusa prodiranju

• nizak koeficijent trenja po plaštu

• nizak porni tlak-voda brzo prolazi kroz

� glina:

• prodiranjem konusa kroz glinu nastaje nizak otpor konusa prodiranju

• visok koeficijent trenja po plaštu

• visok porni tlak-voda sporo prolazi kroz glinu

� organska tla

• prodiranjem konusa kroz organsko tlo nastaje jako visok otpor konusa

prodiranju

• visok koeficijent trenja po plaštu

Neke druge vrste tla kao što su osjetljiva tla, s druge strane, nastoje stvaranju niskog

otpora konusa i niskog trenja po plaštu. Tla s jako visokim horizontalnim

opterećenjima( visok OCR) nastoje stvaranju viskog otpora konusa i viskog trenja po

plaštu[5].

5. MJERENJA I KOREKCIJE

5.1.Prikupljanje podataka

Sve se veličine i zapisI mogu pratiti preko elektronskih uređaja, obrađivati,

pohranjivati i prikazivati pomoću računala. Ipak, ograničena je dubina ispitivanja i nije

moguće ispitivanje u šljunku.

Električni penetrometar pretvara silu na konus (eng. cone) i plašt (eng. sleeve)

penetrometra u električne signale i pohranjuje u digitalnom obliku. Uređaji koji

promjene neke fizikalne veličine pretvaraju u promjenu napona, odnosno električni


signal nazivaju se transduktori (eng.

kućišta i mehanizme nanošenja sile na elasti

u kojem se nalaze. U elektri

s konusom i registrira silu na konus, a drugi je transduktor povezan s plaštom i

silu trenja po plaštu penetrometra.

Slika 9.Električni penetrometar

Transduktor sile (eng. load cell)(

nalazi elastično tijelo na koje se prenosi sila, te ure

deformacije. Signal se kablovima šalje do loggera koji signal pohranjuje u digitalnom

obliku. Ako je logger smješten na

vremenu, a ako se nalazi unutar penetrometra signal se o

Logger je prijenosni ure

Sastoji se od dva ključna dijela: analogno

converter) i memorije u koju se podaci pohranjuju.


Završni rad

signal nazivaju se transduktori (eng. transducer). Transduktori mogu imati vrlo razli

išta i mehanizme nanošenja sile na elastično tijelo, koji se prilagođavaju tipu ure

u kojem se nalaze. U električnom penetrometru (Slika 9.), jedan transduktor povezan je

s konusom i registrira silu na konus, a drugi je transduktor povezan s plaštom i

silu trenja po plaštu penetrometra.

ni penetrometar Slika 10.Transduktor sile

load cell)(Slika 10.) sastoji se od metalnog kućišta u kojemu se

no tijelo na koje se prenosi sila, te uređaja za električno mjerenje njegove

Signal se kablovima šalje do loggera koji signal pohranjuje u digitalnom

Ako je logger smješten na površini terena, signal se može pratiti u realnom

vremenu, a ako se nalazi unutar penetrometra signal se očitava nakon pokusa.

Logger je prijenosni uređaj koji analogni signal pohranjuje u digitalnom obliku.

čna dijela: analogno-digitalnog pretvarača (eng. analogue

) i memorije u koju se podaci pohranjuju.

Transduktori mogu imati vrlo različita

avaju tipu uređaja

.), jedan transduktor povezan je

s konusom i registrira silu na konus, a drugi je transduktor povezan s plaštom i registira

.Transduktor sile

ćišta u kojemu se

no mjerenje njegove

Signal se kablovima šalje do loggera koji signal pohranjuje u digitalnom

površini terena, signal se može pratiti u realnom

itava nakon pokusa.

aj koji analogni signal pohranjuje u digitalnom obliku.

analogue-digital


Završni rad

5.2.Sampliranje

Sampliranje je postupak pretvorbe analognog u digitalni signal. Sampliranje se

sastoji se od bilježenja trenutnih vrijednosti napona analognog signala u fiksnim

vremenskim intervalima. Jedan podatak u digitalnom obliku naziva se “sample” i

predstavlja vrijednost napona analognog signala u nekom trenutku. Broj samplova u

sekundi, odnosno frekvencija sampliranja određuje rezoluciju slike signala. U većini

slučajeva frekvencija sampliranja je od 0.1 Hz (1 podatak u 10 sekundi) do 2 Hz (2

podatka u sekundi). Većina CPT sustava prikuplja podatke u dubinskim intervalima od

10-50 mm, a brzina prodiranja penetrometra je 20 mm/s ± 5 mm/s.

Slika 11. Utjecaj frekvencije sampliranja na rezoluciju digitalnog signala

Podaci se u takvim sustavima prikupljaju u vremenskim intervalima između 0.4-

2.5 s, pa frekvencija sampliranja iznosi između 2.5 i 0.4 Hz. Na (Slici 11). vidimo

utjecaj frekvencije sampliranja na rezoluciju digitalnog signala[1].


Završni rad

5.3.Mjerenje dubine prodiranja

Dubina prodiranja penetrometra mjeri se sa površine preko okretaja kotača koji se

okreće pri prodiranju penetrometra. (Slika 12.)

Slika 12. Kotač za mjerenje dubine.

5.3.1. Korekcije dubine

U slučaju dubokih CPT testova smjer penetrometra može značajno odstupati od

vertikale, pa se u tom slučaju primjenjuje korekcija dubine. Dubine prodiranja

penetrometra mjeri se uređajem na površini, pa je stvarna dubina penetrometra manja ili

jednaka od izmjerene, a korekcija dubine je proporcionalna odstupanju penetrometra od

vertikale (inklinaciji).

5.4.Mjerenje vertikalnosti

Pri prodiranju penetrometra dolazi do savijanja šipki kojima se utiskuje u tlo.

Maksimalan otklon koji šipke mogu podnjeti bez oštećenja je 1° po metru, pa u


dubokim sondiranjima otklon

od vertikale mjeri se elektronskim inklinometrom koji je smješeten unutar penetrometra.

Mjerenja se provode zbog zaštite opreme od ošte

korekcije izmjerene dubine koja je ve

5.5.Mjerenje pornog tlaka

Dodavanjem uređaja za mjerenje pornog tlaka još davne 1975 otvorio se cijeli

niz novih mogućnosti i interpretacija rezultata CPT istraživanja, nastao je CPTU, gdje U

predstavlja parametar pornog tlaka.

i porni tlak. Piezometar je ure

od tri lokacije na konusu u

koristi sonde s filterom za

nalazi na samom vrhu konusa

u�, pozicija) ili iza konusa (

Slika 13


Završni rad

dubokim sondiranjima otklon penetrometra može biti i do 45°. Odstupanje penetrometra


Mjerenja se provode zbog zaštite opreme od oštećenja pri prevelikom izvijanju, te zbog

ne koja je veća od stvarne pri odstupanju od vertikale.

Mjerenje pornog tlaka

đaja za mjerenje pornog tlaka još davne 1975 otvorio se cijeli

nosti i interpretacija rezultata CPT istraživanja, nastao je CPTU, gdje U

predstavlja parametar pornog tlaka. Standardni CPTU mjeri vršni otpor, trenje po obodu

Piezometar je uređaj koji tjekom CPT-a mjeri i porni tlak u tlu na jednom

u�, u�, u�.. Većina suvremenih elektroničkih konusa za

za prikupljanje podataka pornog tlaka vode. Filter

konusa (tzv. u� položaj), odmah iza vrha konusa

konusa (u� položaj). (Slika 13.).

Slika 13.Položaj filtera na sondi

penetrometra može biti i do 45°. Odstupanje penetrometra


enja pri prevelikom izvijanju, te zbog

a od stvarne pri odstupanju od vertikale.

aja za mjerenje pornog tlaka još davne 1975 otvorio se cijeli

nosti i interpretacija rezultata CPT istraživanja, nastao je CPTU, gdje U

Standardni CPTU mjeri vršni otpor, trenje po obodu

a mjeri i porni tlak u tlu na jednom

konusa za CPT

Filter se obično

konusa (najčešća


Standardni penetracijski pokus s mjerenjem pornog tlaka daje nam pouzdanije

podatke o slojevitosti i vrsti tla nego standardni CPT pokus. Osim toga CPTU je bolji

temelj za dobivanje rezultata u

konusa se nalazi pod kutom od

prstenova kako bi se zaustavio prodor tla i vode u tijelo ure

Mjerenje pornog tlaka tijekom

oblika sonde, izbora i položaja

napravljeni od različitih materijala kao što su: porozna plastika, keramika, stainless

čelik. Funkcija filtera je da ubrza što ve

pornog tlaka, dok istovremeno sp

Praktičan i često kriti

filterskog kamena. Najčešć

oštećenje saturacije. Ponekad je to otežano

u filteru ili uporabi tzv. slot

CPTU (piezocone) penetrometri

tlaka. Porni tlak mjeri se transduktorom

konusa. Na vanjskom rubu konusa vidljiv je saturirani filter koji prenosti porni tlak s

površine do transduktora.

Slika 14.


Završni rad



rezultata u smislu mehaničkih svojstava tla. I kod piezometra vrh

se nalazi pod kutom od 60 ̊ . Svi CPT/CPTU uređaji se sastoje od brtvi i O

prstenova kako bi se zaustavio prodor tla i vode u tijelo uređaja tijekom testiranja.

tijekom penetracije konusom zahtijeva pažljivo

položaja poroznog elementa i sonde zasićenja. Filteri mogu biti

itih materijala kao što su: porozna plastika, keramika, stainless

elik. Funkcija filtera je da ubrza što veće volumene vode koji bi aktivirali senzore

ka, dok istovremeno sprečava ulazak tla i začepljenje[6].

esto kritičan element kod ispitivanja CPTU sondom je saturacija

češće se predbušenjem do nivoa podzemne vode izbjegava

enje saturacije. Ponekad je to otežano izvesti, pa se pribjegava korištenju glicerina

u filteru ili uporabi tzv. slot-filtera, tj. procjepa u kojem je mast, a filtera nema[7].

CPTU (piezocone) penetrometri (Slika 14.) imaju mogućnost mjerenja pornog

Porni tlak mjeri se transduktorom tlaka koji se najčeće nalazi u gornjem djelu


Slika 14.Presjek konusa piezometra



. I kod piezometra vrh

aji se sastoje od brtvi i O-

aja tijekom testiranja.

pažljivo razmatranje

. Filteri mogu biti

itih materijala kao što su: porozna plastika, keramika, stainless

e volumene vode koji bi aktivirali senzore

an element kod ispitivanja CPTU sondom je saturacija

e se predbušenjem do nivoa podzemne vode izbjegava

izvesti, pa se pribjegava korištenju glicerina

u kojem je mast, a filtera nema[7].

nost mjerenja pornog

e nalazi u gornjem djelu



Završni rad

5.5.1. Korekcija za porni tlak

Korekcija za porni tlak primjenjuje se na izmjerenu vrijednost otpora konusa, qc.

Stvarna vrijednost otpora konusa (qt) veća je od izmjerene vrijednosti (qc) zbog

djelovanja pornog tlaka na gornji rub konusa (Slika 15.) koji se ne računa kao efektivna

površina konusa. Korekcija se radi prema jednadžbi:

� = �� ! ��(1 " #)

gdje je u izmjereni porni tlak na konusu, a a faktor korekcije. Faktor korekcije jednak je

An / Ac , gdje su An i Ac površine poprečnih presjeka unutrašnjeg, odnosno vanjskog

dijela konusa.

Slika 15. An i Ac površine poprečnih presjeka unutrašnjeg, odnosno vanjskog dijela

konusa

Teotija istraživanja i praksa pokazuju da porni tlak ovisi o vrsti tla koju

ispitujemo kao i o položaju elemenata filtera (Slika 16). Kao što već znamo postoje tri

položaja filtera u�, u�, u�. ISSMFE predlaže položaj u� (odmah iza konusa) jer je na taj

način filter zaštićen od oštećenja koja mogu poremetiti mjerenja.

Izmjerene vrijednosti pornog tlaka različite su za različite pozicije filtera za mjerenje

pornog tlaka. Filter se može nalaziti na vrhu stožca (utip), na sredini stožca (u1), na rubu


Završni rad

konusa (u2), te iza plašta penetrometra (u3). O položaju filera i geometrijskim

karakteristikama penetrometra ovise korekcijske jednadžbe za izmjereni q.

Slika 16.Ovisnost rezultata o položaju filtera

Kontinuirani monitoring pornog tlaka za vrijeme izvođenja testa može pomoći u

identifikaciji vrste tla. Porni tlak se razvija ovisno o vrsti tla. Za položaj filtera ��:

• Mekana do srednje mekana glina može imati jako veliki porni tlak

• Tvrda prekonsolidirana glina može imati jako mali do negativni porni tlak

• Zbijene gline ili muljeviti pijesci imaju jako male do negativni porne tlakove

• Mulj može imati jako veliki porni tlak

• Žitki mulj može imati mali do negativni porni tlak

Disipacija suviška pornoga tlaka(generiran tokom penetracije) javlja se za

vrijeme prekida penetracije. Tijekom pauze u prodoru sonde za vrijeme penetriranja u


Završni rad

23

tlo, višak pornog tlaka koji se generirao oko konusa početi će se trošiti. Stopa rasipanja

ovisi o koeficijentu konsolidacije, koji pak, ovisi o stišljivosti i propusnosti tla. Stopa

rasipanja ovisi i o promjeru sonde. Disipacijski test može biti izveden na svim

potrebnim dubinama zaustavljanjem prodora i mjerenjem rasipanja pornog tlaka s

vremenom. Uobičajeno je snimanje vremena kada se postigne 50% gubitaka (T50). Ako

je potreban tlak ravnoteže, disipacijski test treba nastaviti sve dok se rasipanje ne

zaustavi. Ova pojava je jako brza u pijescima, ali može potrajati nekoliko sati u

plastičnim glinama. Stopa rasipanja se povećava kako se veličina sonde smanjuje.

5.6.Faktori koji utječu na mjerenja i korekcije

Svrha korekcija je opisati na koji način različiti faktori mogu utjecati na rezultate,

kako se mogu detektirati greške te na koji način se rezultati trebaju ispravljati da bi se

postigla njihova najveća kvaliteta. Općenito je prihvaćena činjenica da porni tlak koji se

pojavljuje na vrhu konusa penetrometra utječe na otpor penetrometra kao i na trenje po

plaštu. Osim toga porni tlak utječe na rezultate položajem filtera na penetrometru a

ponekad i aksijalnim opterećenjem na konusu.

I drugi faktori kao što su temperatura, inklinacija, greške u kalibriranju mogu utjecati na

mjerenja[1].


Završni rad

24

6. PREZENTACIJA REZULTATA

Rezultati koji se dobiju trenjem daju nam podatke o vrsti tla. CPT je odličan

način za profiliranje slojeva odnosno za otkrivanje promjena među slojevima, prikazuje

razlike između slojeva te otkriva jako malene leće u tlu. CPT je metoda kojom se mjere

i određuju karakteristike nekoga tla ( od mekanih siltova, glina do grubih kohenzivnih

tala). Neke sonde su opremljene geofonima za mjerenje brzina posmičnih valova a

rezultati se očitavaju na površini. Nakon analiziranja rezultata dobivenih istraživanjem

možemo odrediti tip tla i projektiranje plitkog temelja po procjeni krutosti i čvrstoće

kohezivnog tla. Interpretacija rezultata CPT (CPTU) temelji se pretežno na

empirijskim korelacijama. Kod nas je upotrebljeno već puno usporednih

ispitivanja pa su upotrebljeni obrasci dobro korelirani sa drugim ispitivanjima.

Kod upotrebe CPT na novoj lokaciji, potrebno je empirijske veze provjeriti i

korigirati. Rezultati dobiveni CPT-om nam mogu poslužiti pri projektiranju temeljnih

stubova u pijesku i šljunku te za temelje u glini iako jako rijetko. Omjer trenja Rf = (fs /

qc)·100 % nam daje podatke za klasifikaciju tla[2].

Tablica 1.Prednosti i nedostaci CPTU istraživanja

.

NEDOSTACI

• veliki investicijski kapital

• operator mora biti osposobljen za pokretanje pokusa

• elektronički drift, buka, kalibracija

• nema uzoraka tla za daljnje analize

• nepovoljno za šljunčana i kamenita područja

PREDNOSTI

• brzo i kontinuirano profiliranje

• ekonomičnost i produktivnost

• rezultati ne ovise o operatoru

• potrebno je dobro teoretsko predznanje za interpertaciju rezulatata

• pogodno za meka tla


Završni rad

25

6.1.Dodatne informacije

Svaki dijagram CPT-a ili CPTU-a trebao bi sadržavati informacije o mjestu

ispitivanja kao što su:

• Naziv mjesta

• Broj testa

• Datum izvođenja testa

• Serijski broj penetrometra

• Razina podzemne vode

• Ime i potpis izvoditelja radova

Osim toga terenski izvještaj bi trebao sadržavati i sljedeće podatke:

• Opis korištene opreme i ime proizvođača

• Dimenzije konusa

• Kapacitete senzora

• Kalibracijske faktore

• Itd.


Završni rad

6.2.Primjer prikaza rezultata

Rezultati na profilu 1 pokazuju slojeve muljevite gline od 5.2 m do 10.5 m. Podzemna

voda se javlja na otprilike 4.5 m od površine tla. Ovaj profil bušotine prikazuje nekoliko

slojeva: sloj muljevite gline 7.4 m ~ 8.4 m i 9.2 m ~ 10.2 m.

Slika 17. Profil 1

Slika 18. Profil 2


Završni rad

Profil 2 pokazuje sloj homogene gline na dubini 12.5m - 14.5m. identificiran je

konstantnim otporom prodiranju konusa � i pornim tlakom u[8].

Profil 3 bušotine prikazuje dva sloja pijeka koji su identificirani visokim korigiranim

otporom prodiranju konusa � niskim trenjem po plaštu �� i niskim pornim tlakom

u.Osim toga na ovome profilu se vide i slojevi gline na dubini 12ft-14ft,28ft-29ft

identificirani niskim � , i visokim pornim tlakom u [9].

Na Slici 20. Prikazani su rezultati istraživanja kroz pijesak i glinu kroz koju prolazi

jedan sloj tvrđeg materijala. Korigirani otpor prodiranja konusa raste prolaskom kroz

pijesak a manji je prolaskom kroz sloj gline gdje ponovo raste nailaskom na tvrdi sloj.

Porni tlak se javlja s pojavom vode, ispod razine vode. Trenja po plaštu raste kroz tvrdi

sloj i na preslasku iz pijeska u glinu.

SLOJ 1

SLOJ 2

Slika 19. Profil 3


Završni rad

Slika 20. Prikaz rezultata kroz pijesak i glinu


Završni rad

29

ZAKLJUČAK

Zaključak ovoga završnog rada jest da in situ radovi sve više dobivaju na

važnosti ispred laboratorijskih radova dajući realnije rezultate odnosno rezultate sa

same lokacije na kojoj se predviđa neka vrsta gradnje objekta. U Hrvatskoj se

ispitivanja tla i stijena in situ provode nekoliko desetljeća, sukladno razvoju struke,

intenzitetu gradnje i specifičnostima projekata i problema. Statički penetracijski pokus

će se nastaviti razvijati, možda čak i brže nego do sada, ukorak s informatičkom

tehnologijom gdje nam razni softwear-i pomažu u proračunima i točnijim prikazima

rezultata. Osim toga nastavit će se razvijati i sama oprema za istraživanja kao što su

sonde i penetrometri koji bi s vremenom mogli postati robusniji. CPTU istraživanje će s

vremenom postati uobičajeni test za klasifikaciju tla i pružanje mehaničkih parametara.

CPTU pokus se intenzivnije koristi u zadnjih desetak godina. Koristi se suvremena

oprema koja pomaže u rješavanju problema cestogradnje i temeljenja. Potrebno je naći

pravu mjeru za ovaj pokus i njegovo korištenje, što znači da korisnici moraju poznavati

prednosti i ograničenja u uporabi CPTU pri projektiranju, a što zahtijeva znanja koja se

stječu dugotrajnim korištenjem i proučavanjem. Veća točnost podataka i sve veće

obrazovanje inžinjera geotehničara stvara što manju mogućnost pogreške pri

istraživanju i izgradnji a time i veću sigurnost za život ljudi.


Završni rad

30

LITERATURA:

1. T. Lunne, P.K.Robertson, J.J.M.Powel(1997): „Cone PenetrationTesting in

geotehnical practice“, Routledge, New York

2. Guide to cone penetration testing, (11.lipnja 2011.), preuzeto na

http://www.damascopenna.com.br/wp-content/uploads/2011/03/CPT-Guide-4th-

20101.pdf

3. Vlasta Szavits-Nossan(2009):“ Geotehnički terenski istražni radovi „, Mehanika

tla i stijena, 10.predavanje, (5.lipnja 2011.), preuzeto na

http://info.grad.hr/!res/gf_osoblje/1120041065/doc/1.%20mehanika%20tla%20i

%20stijena%20-%20preddiplomski/100.10._predavanje_mt.pdf

4. Fugro Engineering Services(2004):“Cone penetration testing, Simplified Description of the Use and Design Methods for CPTs in Ground Engineering“, Fugro Engineering Services Limited, Oxfordshire, (5.lipnja 2011.), preuzeto na http://www.lapes.ufrgs.br/discpl_grad/geologia2/material/CPT_Handbook.pdf

5. S.Strelec(2010): In situ ispitivanja SPT i CPT metodama, Terenski istražni radovi, predavanja, Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin

6. In-Situ Soil Testing | Piezocone | Piezocone (cone penetration test with porewater

pressure management), (12.lipnja 2011.), preuzeto na

http://www.conepenetration.com/online-book/piezocone/piezocone-cone-

penetration-test-with-porewater-pressure-management/

7. M.Mulabdić(2007):“Hrvatska iskustva u primjeni suvremenih in situ ispitivanja tla“, Sveučilište u Osijeku, Građevinski fakultet Osijek, Osijek, (3.lipnja), preuzeto na http://www.sloged.si/LinkClick.aspx?fileticket=MMctVqVG5VE%3D&tabid=128

8. K.Kwangkyum, M.Prezzi, R.Salgado(2006):“Interpretation of Cone Penetration

tests in Cohesive Soils“, Joint Transportation Research Program, Paper 264., (2.lipnja 2011), preuzeto na http://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1735&context=jtrp&sei-redir=1#search=%226.+K.Kwangkyum,+M.Prezzi,+R.Salgado%282006%29:%C3%A2%C2%80%C2%9CInterpretation+of+Cone+Penetration+tests+in+Cohesive+Soils%C3%A2%C2%80%C2%9C,+Joint+Transportation+Research+Program,+Paper+264.%22

9. Cone Penetration Testing Software - Rapid CPT, (15.lipnja 2011.), preuzeto na

http://www.dataforensics.net/RAPID_CPT.php


Završni rad

31

Interpretacija i primjena stati čke penetracije (CPTU) …...Interpretacija i primjena stati čke...

Documents

Transcript of Interpretacija i primjena stati čke penetracije (CPTU) …...Interpretacija i primjena stati čke...