SONDOWANIA STATYCZNE I DYNAMICZNE W BADANIACH PODŁOŻA GRUNTOWEGO BUDOWLI DROGOWYCH

(1)

SONDOWANIA STATYCZNE I DYNAMICZNE W BADANIACH POD£O¯A GRUNTOWEGO BUDOWLI DROGOWYCH

STATIC AND DYNAMIC SOUNDINGS IN THE SOIL INVESTIGATION FOR ROAD CONSTRUCTIONS STANIS£AWRYBICKI¹, PIOTRKROKOSZYÑSKI¹

Abstrakt. W artykule omówiono wstêpne wyniki regionalnych badañ przeprowadzonych w rejonie przebiegu trasy autostrady A4 na od- cinku Kraków–Korczowa (wschodnia granica kraju). Badania polega³y na wykonaniu stu piêædziesiêciu sondowañ statycznych (CPTU) oraz po szeœædziesi¹t sondowañ sond¹ dynamiczn¹ (DPL) i sond¹ obrotow¹ (FVT) w kilku typach litologiczno-genetycznych gruntów badanego rejonu. W wyniku badañ okreœlono œrednie wartoœci oraz rozrzut parametrów sondowañ dla poszczególnych typów litologiczno-genetycznych, tj. utworów lessowych, glin zwa³owych zlodowacenia po³udniowopolskiego, namu³ów i mad rzecznych oraz w mniejszym zakresie piasków i ¿wirów rzecznych oraz lodowcowych. Porównano parametry poszczególnych sondowañ, stwierdzaj¹c ich wyraŸne zwi¹zki korelacyjne, zw³aszcza dla lessów i glin zwa³owych oraz i³ów mioceñskich. Mo¿e to pozwoliæ na zamienne stosowanie poszczególnych rodzajów sondowañ.

S³owa kluczowe: sondowania statyczne i dynamiczne gruntów, geotechniczna ocena pod³o¿a gruntowego.

Abstract. The paper presents preliminary results of regional studies carried out along the Kraków–Korczowa (eastern state border) sec- tion of designed A4 highway. The studies included: one and a half hundred cone penetration tests (CPTU), sixty dynamic soundings (DPL) and sixty field vane tests (FVT) executed in various lithologic and genetic soil types. The results provided mean values and distribution of measured parameters obtained for particular lithologic and genetic soil types: loesses, boulder clays originating from the Southern Polish Gla- ciation, alluvial muds, fluvisols and minor alluvial, glacial sands and gravels. Mutual correlations between measured parameters were calcu- lated and clear dependencies were disclosed, especially for loesses, boulder clays and Miocene clays. These results may allow the researches to interchange various types of soundings.

Key words: static and dynamic soundings, geotechnical evaluation of soils.

WSTÊP

Obecna budowa autostrad i dróg szybkiego ruchu stawia pytanie o metody, koszty i czas rozpoznania warunków geologiczno-in¿ynierskich i geotechnicznych pod³o¿a budowli drogowych. Zakres tego rozpoznania, oprócz odpowiedniego Rozporz¹dzenia Ministra Œrodowiska w sprawie sporz¹dzania dokumentacji geologiczno-in¿ynierskich, reguluje zw³aszcza

„Instrukcja badañ pod³o¿a gruntowego budowli drogowych

i mostowych” (K³osiñski i in., 1998). Zaleca siê w niej stosowanie miêdzy innymi ró¿nych sondowañ, a w tym sondowania statyczne sond¹ wciskan¹ CPT lub CPTU.

Autorzy przeanalizowali wyniki sondowañ statycznych archiwalnych i w³asnych, wykonanych na odcinkach budowa- nej autostrady A4 pomiêdzy Krakowem i wschodni¹ granic¹ kraju. W³asne badania geologiczno-in¿ynierskie (wiercenia

1Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków;

rybicki@geol.agh.edu.pl; krokosz@uci.agh.edu.pl

(2)

rozpoznawcze, pobór i badania próbek gruntu), konfrontowa- ne z wynikami sondowañ statycznych, dynamicznych i obrotowych, by³y realizowane w ramach projektu badawczego Narodowego Centrum Badañ i Rozwoju (nr N-R09 0017 04), a ich wyniki nadal s¹ analizowane. Zamys³em tych badañ jest

regionalna ocena zwi¹zków pomiêdzy parametrami sondo- wañ a parametrami geotechnicznymi gruntów okreœlonymi w laboratorium. Ma to na celu czêœciowe zast¹pienie rozpoznania pod³o¿a np. za pomoc¹ otworów badawczych szyb- szym i tañszym sondowaniem.

OPIS ARCHIWALNYCH ORAZ W£ASNYCH WYNIKÓW SONDOWAÑ

NA TLE WIERTNICZEGO ROZPOZNANIA POD£O¯A I MAKROSKOPOWEJ OCENY PROFILI GRUNTOWYCH

Archiwalne wyniki sondowañ statycznych obejmuj¹ odcinek autostrady A4 pomiêdzy Przeworskiem a wschodni¹ granic¹ kraju. Sondowania wykonywano tu w pobli¿u ot- worów wiertniczych o g³êbokoœci 20–30 m, realizowanych g³ównie dla oceny warunków geotechnicznych w miejscach budowy mostów i wiaduktów. Badania w³asne nawi¹zywa³y zaœ do terenów wystêpowania ró¿nych typów litologiczno- -genetycznych gruntów na trasie przebiegu autostrady A4, wytypowanych na podstawie Szczegó³owej mapy geologicznej Polski w skali 1:50 000, a tak¿e Mapy geologicznej Pol- ski w skali 1:200 000. Objê³y one odcinek autostrady A4 Kraków–Korczowa, a œciœle bior¹c jej fragment od K³aja do Jaros³awia. Badania te obejmowa³y wykonanie otworu wiertniczego do g³êbokoœci 10 m, a wokó³ otworu piêciu sondo- wañ statycznych (CPTU) oraz po dwa sondowania lekk¹ sond¹ dynamiczn¹ (DPL) oraz sond¹ obrotow¹ (FVT) –fi- gura 1. Badania wykonywano g³ównie na obszarze wystêpo- wania lessów (gruntów lessopodobnych) na WysoczyŸnie Wielicko-Gdowskiej (rejon miejscowoœci K³aj) oraz na Pod- górzu Rzeszowskim (rejony miejscowoœci Œwilcza oraz Mi- rocin i Jankowice). Ponadto badania wykonano tak¿e na te-

renach wystêpowania utworów glacjalnych i fluwioglacjal- nych (g³ównie gliny zwa³owe zlodowacenia po³udniowopolskiego) na WysoczyŸnie Szczepanowskiej i WysoczyŸnie Tarnowskiej (rejony miejscowoœci Szczepanów i Borowa) oraz na terenach wystêpowania osadów rzecznych (rejony miejscowoœci Ostra w dolinie Raby, Wokowice w dolinie Uszwicy i Zawierzbie w dolinie Wis³oki).

Podstawowym obiektem badañ by³ tzw. wêze³ badawczy jako fragment terenu sk³adaj¹cy siê z otworu wiertniczego i rozmieszczonych wokó³ niego sondowañ. W danym rejonie, dla danego typu litologiczno-genetycznego gruntu wykonywano z regu³y 4 (czasami 2 lub 3) otwory wiertnicze (cztery wêz³y badawcze) w odleg³oœci oko³o 5–10 m. Po- zwoli³o to na scharakteryzowanie oporów sondowañ dla danego typu utworów, nie tylko w ma³ym zasiêgu od rozpo- znanego otworem profilu gruntowego, lecz i na nieco wiêk- szym obszarze. Ogó³em wykonano 30 otworów badawczych oraz 150 sondowañ statycznych (CPTU) i po 60 sondowañ sond¹ dynamiczn¹ oraz obrotow¹. W otworach badawczych pobierane by³y cylindryczne próbki gruntów o nienaruszonej strukturze do badañ laboratoryjnych. Badania te nie zosta³y jeszcze w pe³ni zinterpretowane oraz porównane z wynikami sondowañ i nie s¹ tu przedmiotem rozwa¿añ.

W artykule interpretacjê wyników sondowañ archiwalnych i w³asnych sprowadzono do oceny wartoœci oporów sondowañ statycznych (qc) i oporów tarcia na pobocznicy sondy (fs), a tak¿e oporów sondowania dynamicznego (DPL) i sondowania sond¹ obrotow¹ (FVT) w nawi¹zaniu do po- szczególnych typów litologiczno-genetycznych gruntów i stanu tych utworów, okreœlonego makroskopowo w trakcie wierceñ. Uznano, ¿e powi¹zanie oporów sondowañ statycznych z typami litologiczno-genetycznymi utworów wydzielonych na mapach geologicznych, a nie tylko z rodzajami granulometrycznymi gruntów (jak to jest w interpretacji Ro- bertsona wg PN-B-04452 Geotechniczne badania polowe), u³atwi i wzbogaci interpretacjê sondowañ w szerszym ujêciu terytorialnym, uwzglêdniaj¹cym te¿ genezê gruntów i histo- riê geologiczn¹ obszaru. Zestawienia tak potraktowanych wyników przedstawiono wtabelach 1 i 2. Podobne podejœcie do problemu prezentuj¹ te¿ inni autorzy, np. Wysokiñski i in.

(2009). Okreœlono te¿ wstêpnie zwi¹zki korelacyjne pomiê- dzy wynikami przeprowadzonych sondowañ statycznych, dynamicznych i obrotowych dla poszczególnych typów litologiczno-genetycznych gruntu.

Fig. 1. Schemat rozmieszczenia sondowañ wokó³ otworu badawczego

The scheme of test points arrangement around geological borehole

(3)

ANALIZA WYNIKÓW BADAÑ

Analizuj¹c dane zestawione wtabeli 1stwierdza siê, ¿e opory sondowania statycznego mo¿na powi¹zaæ z litologiczno-genetycznymi typami gruntów. Spoiste osady rzeczne (pod wzglêdem sk³adu granulometrycznego s¹ to ró¿ne rodzaje glin, a zw³aszcza glin i glin pylastych zwiêz³ych) maj¹ przeciêtnie najmniejsze opory sondowania (qc) spoœród badanych gruntów (grunty organiczne 0,79 MPa, mady gliniaste 2,15 MPa). W rozbiciu na poszczególne stany konsystencji opory te w gruntach organicznych rosn¹ od 0,63 MPa dla stanu miêkkoplastycznego do 1,45 MPa dla stanu twardoplas- tycznego, a w madach gliniastych odpowiednio od 1,03 MPa dla stanu miêkkoplastycznego do 5,25 MPa dla stanu pó³zwar- tego. Poniewa¿ w oko³o 80% przypadków spoiste osady rzeczne pozostawa³y w miêkkoplastycznym i plastycznym stanie konsystencji, ich opory sondowania nie przekraczaj¹ w wiêkszoœci wartoœci qcw granicach 1,0–1,8 MPa. S¹ to wiêc z geotechnicznego punktu widzenia grunty s³abe i jako pod³o¿e budowli drogowych na ogó³ wymagaj¹ wymiany na grunty o lepszych w³aœciwoœciach.

Piaski i ¿wiry rzeczne to grunty o wysokich oporach son- dowañ (przeciêtnie 9–17 MPa), stanowi¹ce bardzo dobre, noœne pod³o¿e budowlane. Rzadko wystêpuj¹ w stanie luŸ- nym, zw³aszcza ¿wiry, i wówczas ich opory sondowañ nie przekraczaj¹ przeciêtnie oko³o 4,0 MPa, co wymaga ewentual- nego ich dogêszczania w pod³o¿u budowli drogowych.

Spoiste osady glacjalne i interglacjalne na badanym terenie to g³ównie gliny zwa³owe zlodowacenia po³udniowopolskiego oraz lessy (utwory lessopodobne). Gliny zwa³owe (pod wzglêdem sk³adu granulometrycznego s¹ to ró¿ne rodzaje glin, a zw³aszcza gliny i gliny zwiêz³e, makroskopowo najczêœciej gliny laminowane piaskiem drobnym lub/i py³em piaszczystym) maj¹ spoœród gruntów czwartorzêdo- wych najwy¿sze przeciêtne opory sondowania statycznego qc= 3,98 MPa. Dla glin w stanie plastycznym qc= 1,94 MPa, a w pó³zwartym qc= 10,93 MPa. W oko³o 85% przypadków gliny pozostawa³y w stanie twardoplastycznym i pó³zwartym, st¹d stosunkowo wysokie przeciêtne opory sondowania. Gliny zwa³owe stanowi¹ wiêc dobre, noœne pod³o¿e budowli drogowych.

Najliczniej na badanym terenie wystêpuj¹ w strefie przypowierzchniowej grunty lessowe (lessopodobne). W ocenie makroskopowej s¹ to py³y i gliny pylaste, jednak wed³ug ba- dañ laboratoryjnych okreœlano je w wiêkszoœci przypadków jako gliny pylaste. Grunty te charakteryzuj¹ siê przeciêtnymi oporami sondowania statycznego qc= 2,85 MPa dla py³ów oraz qc= 2,34 MPa dla glin pylastych. Œrednio dla utworów lessowych, bez wydzielania rodzajów gruntu, opory sondowania wynosz¹ 2,71 MPa. Podobnie jak w innych gruntach, wartoœci qcrosn¹ ze spadkiem wartoœci stopnia plastyczno- œci (stanu konsystencji), od oko³o 0,85 MPa dla stanu miêk- koplastycznego do przeciêtnie 5,0 MPa dla stanu pó³zwarte- go. Podobne zakresy i wartoœci oporów sondowañ statycznych CPTU dla lessów lubelskich podaj¹ Frankowski i Gra- bowski (2006) oraz Frankowski i inni (2010). Przy ni¿szych

stanach konsystencji (twardoplastyczny, pó³zwarty) lessy stanowi¹ doœæ noœne pod³o¿e budowli drogowych. Jednak jako grunt ma³o i œrednio spoisty ³atwo ulegaj¹ rozmyciu i up-

³ynnieniu, co stwarza ró¿ne problemy w budownictwie drogowym.

W niektórych rejonach sondowania statyczne prowadzo- ne do g³êbokoœci 10 m siêgnê³y do utworów mioceñskich, podœcielaj¹cych serie gruntów czwartorzêdowych na ca³ym badanym terenie. Pod wzglêdem sk³adu granulometrycznego s¹ to g³ównie i³y pylaste, rzadziej i³y lub gliny pylaste zwiêz³e. W ocenie makroskopowej okreœlano je jako i³y laminowane piaskiem drobnym i py³em piaszczystym. Grunty te pozostaj¹ g³ównie w stanie twardoplastycznym (stropowa 2–3 m partia miocenu) oraz pó³zwartym. Opory sondowania statycznego s¹ dla tych utworów najwiêksze spoœród wszyst- kich badanych gruntów spoistych i wynosz¹ przeciêtnie 5,6 MPa (dla stanu plastycznego 1,25 MPa, a dla pó³zwarte- go 7,26 MPa).

Odnosz¹c wyniki przeprowadzonych sondowañ statycznych zestawione wtabeli 1do stosowanych w naszym kraju dia- gramów interpretacyjnych (Wi³un, 1982; PN-B-04452:2002;

Sikora 2006), wi¹¿¹cych opory ca³kowite sto¿ka sondy (qc) lub opory netto sto¿ka (qn) z wartoœciami stopnia plastycznoœ- ci (IL) sondowanych gruntów spoistych, mo¿na stwierdziæ,

¿e zwi¹zki te dla badanych typów litologiczno-genetycznych gruntów bardzo dobrze wpasowuj¹ siê w te diagramy (fig. 2).

Lepsze dopasowanie wystêpuje na diagramie wg Wi³una ni¿

wg normy PN-B-04452:2002. Dla sondowanych gruntów przyjêto tu œrednie wartoœci stopnia plastycznoœci dla danego typu litologiczno-genetycznego uzyskane z badañ laboratoryjnych i œrednie wartoœci oporów sondowañ ztabeli 1.

Interpretacjê pozwalaj¹c¹ okreœlaæ rodzaje sondowanych gruntów, opart¹ na wartoœci wspó³czynnika tarcia Rf= ft/qt

i samych wartoœciach skorygowanego oporu (qt), przedstawiono nafigurze 3. S¹ one generalnie zgodne z makroskopo- wymi i laboratoryjnymi ocenami rodzaju granulometrycznego badanych gruntów.

Wyniki sondowañ sond¹ dynamiczn¹ DPL i obrotow¹ FVT zestawione w tabeli 2pozwalaj¹ stwierdziæ, ¿e i tutaj opory sondowañ zwi¹zane s¹ nie tylko ze stanami konsystencji gruntów, lecz czêœciowo i ich typem litologiczno-gene- tycznym, a zatem warunkami i œrodowiskiem ich powstawa- nia, stopniem skonsolidowania itp. Dla tych samych stanów konsystencji gruntów spoistych (przy niewielkich ró¿nicach œrednich wartoœci ich stopnia plastycznoœci) najwiêksze opory sondowañ sond¹ udarow¹ (DPL), a tak¿e obrotow¹ (FVT) wykazuj¹ i³y mioceñskie oraz gliny zwa³owe, odpowiednio mniejsze opory daj¹ lessy i mady gliniaste, najmniejsze zaœ namu³y rzeczne. Przeciêtne opory sondowañ dynamicznych i obrotowych gruntów spoistych badanego obszaru dla po- szczególnych stanów ich konsystencji (bez wzglêdu na typ litologiczno-genetyczny) zestawiono wtabeli 3.

Próba skorelowania wyników trzech rodzajów sondowañ – statycznego (CPTU), dynamicznego (DPL) i obrotowego

(4)

Tabela1 Wynikisondowañstatycznych(CPTU)dlaró¿nychtypówlitologiczno-genetycznychgruntówwystêpuj¹cychwrejoniebadanegoodcinkaautostradyA4Kraków–Korczowa –œredniewa¿one(napodstawiebadañarchiwalnychorazbadañw³asnychwlatach2009–2010) Theresultsofstaticsoundings(CPTU)fordifferentlithogenetictypesofsoilsininvestigatedpartofA4highwayKraków–Korczowa–weightedaverage (accordingtoarchivalandown2009–2010investigationsresults) Typlitologiczno-genetyczny gruntuwgoceny makroskopowej

Liczba pomia- rów

Œredniopór sto¿kasondy Œredniopór pobocznicy sondy

Oporysto¿ka(qc)ipobocznicysondy(fs)dlastanówkonsystencji(zagêszczenia)gruntów stanmiêkkoplastyczny (luŸny)stanplastyczny (œredniozagêszczony)stantwardoplastyczny (zagêszczony)stanpó³zwarty Nqc[MPa]fs[MPa]Nqc[MPa]fs[MPa]Nqc[MPa]fs[MPa]Nqc[MPa]fs[MPa]Nqc[MPa]fs[MPa] I.Osadyrzeczne (plejstocen/holocen) A–osadyorganiczne (namu³y,torfy)32

079 030220

, ,,-

003 001008

, ,,-18

063 0300156

, ,,-

0023 001005

, ,,-12

091 040220

, ,,-

0031 001008

, ,,-2

145 070220

, ,,-

007 005008

, ,,-––– B–madygliniaste116215 040850

, ,,-

0061 001030

, ,,-16103 040150

, ,,-

0018 001006

, ,,-60181 074430

, ,,-

0049 001015

, ,,-33315 118700

, ,,-

0094 002603

, ,,-7525 120850

, ,,-

0079 0015013

, ,,- C1–piaski88894 1263500

, ,,-

0104 001045

, ,,-18426 1261200

, ,,-

006 001025

, ,,-51870 3503000

, ,,-

011 002606

, ,,-191403 1029350

, ,,-

0125 0036045

, ,,-––– C2–¿wiry391691 560500

, ,,-

0135 0022100 , ,,-1330, - 0023, -221209 5601830

, ,,-

0067 00220034 , ,,-162440 170500

, ,,-

0236 006610

, ,,-––– II.Osadyglacjalne, interglacjalne(plejstocen) D–osadyeoliczne py³y(p,p/Gp)269

285 0801000

, ,,-

0082 0012032

, ,,-–––35

158 080262

, ,,-

0051 0021012

, ,,-156

249 090600

, ,,-

0082 0012032

, ,,-78

485 236100

, ,,-

0086 001903

, ,,- glinypylaste (Gp,Gp/p)97234 060100

, ,,-

0098 0011035 , ,,-2085 070100

, ,,-

0014 00110017 , ,,-31163 06030

, ,,-

0074 00350108 , ,,-61242 120460

, ,,-

0104 0027022 , ,,-3873 80100

, ,,-

035 025035

, ,,- lessy(p+Gp), œredniawa¿ona3662,710,08620,850,014661,600,0622172,470,088815,000,096 E–gliny(zwa³owe)125398 1172300

, ,,-

0145 0017099 , ,,-–––20194 117291

, ,,-

0070 0017015 , ,,-89319 182865

, ,,-

0128 0047025 , ,,-161093 566230

, ,,-

0331 0102099

, ,,- F–piaski65700 2097280

, ,,-

0053 001060

, ,,-8326 297400

, ,,-

0021 0015003 , ,,-53698 366897

, ,,-

0036 0010069 , ,,-41462 850280

, ,,-

0380 027060

, ,,-––– G–¿wiry9786 3201770

, ,,-

0055 00140957 , ,,-1320, - 0014, -7712 5621073

, ,,-

046 00270063 , ,,-11720, - 0157, -–—– III.Osadymorskie (i³ymioceñskie)66560 1001250

, ,,-

0188 004035

, ,,-–––4125 100200

, ,,-

007 004010

, ,,-37494 180958

, ,,-

0174 007028

, ,,-25726 401250

, ,,-

0229 010035

, ,,-

(5)

Fig. 2. Zwi¹zek uœrednionych wartoœci oporów sondowania statycznego (qc) i uœrednionych wartoœci stopnia plastycznoœci (IL) dla wydzielonych typów litologiczno-genetycznych gruntów: a – diagram wg PN-B-04452:2002, b – diagram wg Wi³una (1982)

Relation between mean values of cone resistance (qc) from CPTU test and mean values of liquidity index (IL) for different lithogenetic types of soils: a – diagram according to PN-B-04452:2002 standard, b – diagram according to Wi³un (1982)

Fig. 3. Po³o¿enie punktów reprezentuj¹cych uœrednione wartoœci wspó³czynników tarcia (Rf) i skorygowanych oporów sto¿ka sondy (qt) badanych typów litologicznych gruntów na tle diagramu klasyfikacyjnego wg PN-B-04452:2002

Arrangement of points representing mean values of Rfcoefficients and corrected values of cone resistance (qt) from CPTU test for different lithogenetic types of soils on the diagram according to PN-B-04452:2002 standard

(6)

Tabela2 Wynikisondowañdynamicznych(DPL)orazsondowañobrotowych(FVT)dlaró¿nychtypówlitologiczno-genetycznychgruntówwystêpuj¹cychwrejoniebadanegoodcinka autostradyA4Kraków–Korczowa(napodstawiebadañw³asnychwlatach2009–2010) Theresultsofdynamic(DPL)andfieldvanetest(FVT)soundingsfordifferentlithogenetictypesofsoilsininvestigatedpartofA4highwayKraków–Korczowa (accordingtoown2009–2010investigationsresults) Typlitologiczno-genetyczny gruntuwgoceny makroskopowej

Liczba pomiarów Opórson- dyobro- towej

Liczba pomiarów

Liczba udarów sond¹

Oporysondowañsond¹obrotow¹(FVT)iudarow¹(DPL)dlastanówkonsystencji(zagêszczenia) stanmiêkkoplastyczny (luŸny)stanplastyczny (œredniozagêszczony)stantwardoplastyczny (zagêszczony)stanpó³zwarty NFVT [kPa]NDPL N10LNFVTNDPLNFVTNDPLNFVTNDPLNFVTNDPL I.Osadyrzeczne (plejstocen/holocen) A–osadyorganiczne (namu³y,torfy)4

36 3040-3

8 416-3

37 3340-8

9 416-1

30 -3

6 48-––––––– B–madygliniaste3597 30166-5212 230-122 -1010 216-1888 59125-2613 430-10106 53148-1012 821-6127 55166-615 1023- C1–piaski2083 50160-5524 649-160 -48 612-1984 50160-4824 640-––344 2249-–––– C2–¿wiry2205 110300-2129 1281-––110 -2205 110300-1730 1281-––330 2535-–––– II.Osadyglacjalne, Interglacjalne(plejstocen) D–osadyeoliczne py³y(p,p/Gp)138

94 25175-224 16 460-––––14

67 39105-23

10 515-62

72 22155-120

13 432-62

120 67175-81

24 1060- glinypylaste (Gp,Gp/p)3769 31112-5213 526-231 3131-26 66-1969 45106-2113 526-1675 45112-2913 522-–––– lessy(p+Gp), œredniawa¿ona17589276152312633684411787314913–––– E–gliny(zwa³owe)44154 43300-8222 593-––––2136 115157-1014 630-36151 43300-6522 593-6176 145195-733 1951- F–piaski7125 43170-3513 455-––16 -7125 43170-3413 455-–––––––– G–¿wiry––99 418-––17 -––89 418-–––––––– III.Osadymorskie (i³ymioceñskie)3233 200300-1559 2788-––––––––3233 200300-1559 2788-–––– Wtabelipodano³¹czn¹liczbêpomiarów(N)uzyskan¹zodczytówsondco0,5mg³êbokoœciorazliczbyodczytówœrednichwartoœcioporówwwarstwachwydzielonychwgzbli¿onychoporówsondowañ(tzw.opory strefowe)

(7)

(FVT) – wykaza³a, ¿e istniej¹ dobre zwi¹zki korelacyjne, zw³aszcza pomiêdzy wartoœciami oporów sto¿ka (qc) w sondowaniu statycznym i liczb¹ udarów N10Lw sondowaniu dynamicznym (fig. 4a). Na dobr¹ korelacjê pomiê- dzy wynikami takich sondowañ w lessach wskazuj¹ te¿

Frankowski i inni (2010). Dla lessów istniej¹ równie¿ do- bre korelacje pomiêdzy wartoœciami oporów sto¿ka (qc) i oporów sondy FVT, a tak¿e pomiêdzy wartoœciami N10L

z sondy DPL i wartoœciami oporów z sondy FVT (fig. 4b, c). Spoœród gruntów spoistych najlepsze zwi¹zki korelacyjne stwierdzono w³aœnie w lessach. S¹ to bowiem grunty stosunkowo jednorodne i w profilach pionowych, i w roz- przestrzenieniu poziomym. W innych gruntach spoistych (gliny zwa³owe, mady gliniaste, namu³y oraz i³y mioceñ- skie), a tak¿e w gruntach sypkich (piaski i ¿wiry rzeczne oraz utwory lodowcowe) korelacje pomiêdzy wynikami sondowañ s¹ na ogó³ s³absze (tab. 4) lub niemo¿liwe do wiarygodnego ustalenia ze wzglêdu na ma³¹ liczbê wyni- ków badañ. Gorsze od innych korelacje pomiêdzy wynikami poszczególnych sondowañ uzyskano dla spoistych osa- dów rzecznych (mady gliniaste, namu³y), co mo¿na t³uma- czyæ du¿¹ zmiennoœci¹ ich wykszta³cenia, nawet na krót- kich, metrowych odcinkach. W tabeli 4 zestawiono dane o sile zwi¹zków korelacyjnych pomiêdzy poszczególnymi sondowaniami dla ró¿nych typów litologiczno-genetycznych gruntów badanego obszaru (wziêto pod uwagê tylko zwi¹zki o wiêkszej liczbie danych). Korelacje o wartoœ-

ciach wspó³czynnika w granicach r = 0,5–0,7 uznaje siê za s³abe, dla r³0,7 uznaje siê za wyraŸne, przy r ³0,9 za bardzo wyraŸne.

T a b e l a 4 Wspó³czynniki korelacji i determinacji dla oporów sondowañ

w poszczególnych typach badanych gruntów

Correlation and determination coefficients of penetration resistance for different lithogenetic types of soils

Typ gruntu

Korelacje Liczba

pomiarów N

qc/DPL – N10L Liczba pomiarów

N

qc/FVT Liczba

pomiarów N

FVT/DPL – N10L

r² r r² r r² r

Lessy 198 0,734 0,857 125 0,737 0,858 125 0,785 0,886

Gliny zwa³owe 51 0,538 0,733 25 0,519 0,720 24 0,435 0,659

Piaski glacjalne 23 0,550 0,742 4 – – 4 – –

¯wiry glacjalne 6 0,465 0,682 0 – – 0 – –

Namu³y rzeczne 7 0,144 0,379 2 – – 2 – –

Mady gliniaste 40 0,010 0,316 25 0,018 0,135 25 0,267 0,517

Piaski rzeczne 36 0,294 0,542 12 0,334 0,578 11 0,720 0,848

¯wiry rzeczne 15 0,047 0,216 2 – – 2 – –

I³y mioceñskie 10 0,705 0,839 0 – – 0 – –

r²– wspó³czynnik determinacji / determination coefficient r – wspó³czynnik korelacji / correlation coefficient

T a b e l a 3 Przeciêtne wartoœci oporów sondowania spoistych gruntów

czwartorzêdowych w rejonie autostrady A4 Kraków–Korczowa

Average values of penetration resistance in Quaternary cohesive soils of Kraków–Korczowa part of A4 highway

Stan konsystencji

Opory sondowania dynamicznego (DPL)

N10L

Opory sondowania sond¹

obrotow¹ (FVT) [kPa]

Miêkkoplastyczny 8

6-10

30 22-37

Plastyczny 11

6-14

80 30-136

Twardoplastyczny 13

12-14

110 73-151

Pó³zwarty 24

15-33

143 120-176 W liczniku podano wartoœæ œredni¹, w mianowniku – zmiennoœæ para- metrów

Arithmetic mean is given as numerator, in denominator – range of para- meters

(8)

Fig. 4. Porównanie zwi¹zku oporów sondowania dla lessów badanego rejonu (z odczytów co 0,5 m g³êbokoœci sondowania):

a – zwi¹zek oporów sondowania dynamicznego (N10L) i oporów sto¿ka sondy dynamicznej (qc), b – zwi¹zek oporów sondowania sondy obrotowej FVT (ôf) i oporów sto¿ka sondy statycznej (qc), c – zwi¹zek oporów sondowania sondy dynamicznej (N10L) i opo- rów sondy obrotowej FVT (ôf)

Comparison of penetration resistance for loess soil in investigated area (0.5 m interval): a – relation of penetration resistance (N10L) from DPL and cone resistance (qc) from CPTU, b – relation of shear resistance (ô^f) from FVT and cone resistance (qc) from CPTU, c – relation of penetration resistance (N_10L) from DPL and shear resistance (ôf) from FVT

(9)

PODSUMOWANIE

Sondowania pod³o¿a budowli drogowych, w tym zw³aszcza sondowanie statyczne (CPTU), a tak¿e sondowanie dynamiczne (DPL) i sondowanie sond¹ obrotow¹ (FVT) s¹ bardzo przydatnym, szybkim i tanim sposobem oceny wa- runków geotechnicznych pod³o¿a tych budowli. Dla linio- wych budowli drogowych przebiegaj¹cych na d³ugich odcinkach terenu o ró¿nych warunkach geologicznych celowe jest dla oceny tych warunków wykorzystanie map geologicznych, zw³aszcza szczegó³owych w skali 1:50 000, podaj¹cych rozmieszczenie (zasiêg) oraz charakter litologiczno-genetyczny gruntów strefy przypowierzchniowej. Usta- lenie zwi¹zków pomiêdzy parametrami sondowañ a typami litologiczno-genetycznymi gruntów oraz ich cechami fizycz- no-mechanicznymi pozwala na ograniczenie zakresu wier- ceñ badawczych i analiz próbek gruntowych, przyspieszaj¹c etap badañ geotechnicznych i zmniejszaj¹c ich koszty.

Przeprowadzone badania wykaza³y, ¿e dla niektórych gruntów istniej¹ wyraŸne korelacje pomiêdzy parametrami sondowañ statycznych, dynamicznych i obrotowych, co pozwala na ewentualne zamienne ich stosowanie, zarówno

w gruntach spoistych, jak i sypkich. Mo¿na tu zw³aszcza ko- rzystaæ z badañ sond¹ dynamiczn¹ (DPL) dla oceny warun- ków geotechnicznych pod³o¿a, zw³aszcza do okreœlania g³ê- bokoœci (i zasiêgu) pod³o¿a noœnego, co w budownictwie drogowym determinuje te¿ g³êbokoœæ prowadzenia prac ziemnych i wymiany lub wzmocnienia gruntów.

Wstêpnie, na podstawie przeprowadzonych badañ mo¿- na przyj¹æ, ¿e wartoœci parametrów poszczególnych sondo- wañ, identyfikuj¹ce s³abe pod³o¿e budowli drogowych w badanym obszarze, wynosz¹ w gruntach spoistych: opór sto¿ka sondy statycznej (CPTU) qcod <1,0 do 1,8 MPa, liczba uda- rów sondy dynamicznej (DPL) N10Lod <10 do 15, a opór œcinania sond¹ obrotow¹ (FVT) ôf <100 kPa. W gruntach sypkich (g³ównie piaski) ich luŸny stan zagêszczenia charakteryzuj¹ nastêpuj¹ce parametry sondowania: opór sto¿ka son- dy statycznej (CPTU) qc<4,5 MPa, liczba udarów sondy dynamicznej (DPL) N10L<10, a opór œcinania z badañ sond¹ obrotow¹ (FVT)ôf<50 kPa. Podane wstêpne wartoœci bêd¹ weryfikowane po ostatecznym zinterpretowaniu ca³oœci wy- ników badañ laboratoryjnych i terenowych.

LITERATURA

FRANKOWSKI Z., GRABOWSKI D., 2006 — Geologiczno-in¿y- nierskie i geomorfologiczne uwarunkowania erozji w¹wozo- wej w lessach w rejonie Kazimierza Dolnego (w¹wóz Opolska Droga). Prz. Geol., 54, 9: 777–823.

FRANKOWSKI Z., MAJER E., PIETRZYKOWSKI P., 2010 — Geological and geotechnical problems of loess deposit from south-eastern Poland. Proc. of the Int. Geot. Conf. Geotechnical Challanges in Megacities, vol. 2: 546–553. Moscow, Russia.

K£OSIÑSKI B., BA¯YÑSKI J., FRANKOWSKI Z., KACZYÑ- SKI R., WIERZBICKI S., 1998 — Instrukcja badañ pod³o¿a gruntowego budowli drogowych i mostowych. Generalna Dy- rekcja Dróg Publicznych, Warszawa.

PN-B-04452:2002. Geotechnika. Badania polowe. Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa.

SIKORA Z., 2006 — Sondowania statyczne – metody i zastosowa- nie w geoin¿ynierii. Wyd. Nauk.-Tech., Warszawa.

WI£UN Z., 1982 — Zarys geotechniki. Wyd. Kom. i £¹cz., Warszawa.

WYSOKIÑSKI L., GODLEWSKI T., WSZÊDYRÓWNY-NAST M., 2009 — Zale¿noœci regionalne parametrów geotechnicznych pod³o¿a na podstawie sondowañ CPTU i DMT. Eurokod 7. Pro- jektowanie geotechniczne. Mat. XV Kraj. Konf. Mech. Grunt.

i In¿. Geot.: 235–242. Bydgoszcz.

SUMMARY

An intensive construction of many roads and highways in Poland requires large-scale but time-consuming and expen- sive, geological-engineering investigations. Relatively quick and cheap methods are: cone penetration test (CPTU) as well as dynamic sounding (DPL) and other methods, e.g. the field vane test (FVT). Hence, wide application of soundings should be one of the tasks of geological-engineering reco- gnition of the subsoil. The paper provides preliminary results of regional studies which included 30 boreholes followed by penetration tests around them: 150 cone penetration tests (CPTU), 60 dynamic soundings (DPL) and 60 vane shear

tests (FVT). The macroscopic description of soils sampled from the boreholes, including their lithology (soil type, co- lor, moisture content and consistency) was made as well as cylindrical samples of undisturbed soils were collected. The samples were analyzed in the laboratory in order to compare various physical and mechanical parameters with the results from soundings. The comparative studies are currently run- ning, thus, the following paper presents only the raw results of tests related to lithological and genetic description of soils, occuring along the Kraków–Korczowa (eastern state border) section of A4 highway. The field tests were carried out

(10)

down to 10 meters below the surface, where the following soil types were identified: Quaternary loesses, glacial sediments (boulder clays from the Southern Poland Glaciation, sands and gravels), alluvial sediments (alluvial muds, clayey fluvisols, sands and gravels) of the Raba, Uszwica and Wis³oka rivers.

The soundings revealed that particular lithological and genetic types of the subsoil have the characteristic values of penetration resistance (Tab. 1, 2). The value depends on soil origin, grain-size distribution, consistency, state of consoli- dation, etc. Consequently, if the lithology and genetic type of the subsoil are known, as recognized e.g. from the geological maps (particularly from 1:50,000 scale Detailed Geological Map of Poland), geotechnical parameters of the subsoil can be estimated from the results of soundings correlated with the results of laboratory analyses, supported by correlations known from the literature, various standards and instruc-

tions. In road construction soundings are crucial for solution of an important problem: determination of depth and range of so-called “firm subsoil”, which controls the scale of ear- thworks including the subsoil replacement and/or reinforce- ment. The authors found that boundary values for determination of so-called ”weak subsoil” of road composed of gene- rally soft-plastic and plastic, cohesive soils as well as gene- rally loose, non-cohesive soils are: qc <1.0–1.8 MPa, N10L

<10–15 andôf<100 kPa, despite their lithology and genetic type. For loose soils from the studied area (low number of analyses) these parameters are: qc<4.5 MPa, N10L<10 andôf

<50 kPa.

The results demonstrated high, mutual correlation of the test results (Tab. 4), particularly for loesses, Miocene clays and boulder clays. This allows to interchange various types of soundings.