Lekka płyta dynamiczna jest przyrządem umożliwiającym ocenę sztywności podłoża gruntowego. Wykorzystuje się ją przede wszystkim w budownictwie komunikacyjnym i służy do pośredniej kontroli zagęszczenia gruntu. Lekką płytę dyna-miczną stosuje się coraz częściej do badań terenowych grun-tu w wykopach fundamentowych oraz podczas prac w czasie przygotowywania podłoża gruntowego pod posadzkami prze-mysłowymi. Popularność urządzenia wynika z faktu, że bada-nie wykonywane jest bardzo szybko, a wynik uzyskiwany jest bezpośrednio po przeprowadzeniu testu. Dlatego też w realiach placów budowy można zauważyć dążenie do minimalizowania liczby badań podłoża metodą Proctora lub próbnych obciążeń płytą VSS. Nie wszyscy użytkownicy lekkich płyt dynamicz-nych zdają sobie jednak w pełni sprawę z faktu, że nie powinno się ich stosować bezkrytycznie.
Metodyka badania i czynniki wpływające na otrzymywa-ne wyniki są obecnie szeroko komentowaotrzymywa-ne w wielu pracach, na przykład [20, 22, 27]. Powstały dokumenty normalizacyjne i wytyczne dotyczące sposobu badania i interpretacji wyników. Należy jednak wyraźnie stwierdzić, że część istniejących nor-matywów napisano dość ogólnikowo [2, 3], inne dotyczą tylko i wyłącznie konkretnego modelu przyrządu [25, 28]. Aktualnie w kraju nie ma odpowiednich normatywów dotyczących meto-dyki badań lekką płytą dynamiczną i interpretacji wyników tych badań.
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie najbardziej istot-nych, zdaniem autora, czynników wpływających na wartości modułów odkształcenia podłoża otrzymywanych w czasie ba-dania lekką płytą dynamiczną. Przedmiotem rozważań nie bę-dzie wpływ rodzaju, stanu oraz wilgotności gruntu, ale sposób wyznaczania modułu sztywności podłoża. Analizę przeprowa-dzono na podstawie literatury przedmiotu oraz badań własnych autora w tym zakresie.
LEKKA PŁYTA DYNAMICZNA – ZASADA DZIAŁANIA
Ideą działania lekkiej płyty dynamicznej jest wzbudzenie reakcji podłoża gruntowego pod kołową płytą naciskową. Re-akcję tę inicjuje uderzenie spadającej masy amortyzowane za pomocą elementu sprężystego. W przypadku urządzeń typu niemieckiego (na przykład: ZFG 01, ZFG 02, ZFG 2000 firmy Zorn) rejestrowane są przyspieszenia za pomocą akcelerometru wbudowanego w płycie naciskowej. Niektóre przyrządy (na przykład: Keros, Dynatest 3031, Prima 100 LWD) zawierają geofon i bezpośredniemu pomiarowi podlegają prędkości drgań. Przyrządy wyposażone są w numeryczne przetworniki wyników pomiarowych. Wbudowany komputer dokonuje całkowania nu-merycznego w celu uzyskania przebiegu przemieszczenia płyty naciskowej. Do wyznaczenia odpowiedniego modułu podłoża
Dr inż. Wojciech Gosk
Politechnika Białostocka, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Problemy interpretacji wyników badania sztywności gruntu
gruntowego, a więc i sztywności gruntu, wykorzystuje się mak-symalną amplitudę przemieszczenia uzyskaną podczas próby udarowej w badanym punkcie. W metodyce badania zakłada się, że zmiana parametrów mechanicznych gruntu w zasięgu oddziaływania lekkiej płyty dynamicznej jest pomijalnie mała. Badanie uważa się za nieniszczące, to znaczy nie wywołujące zagęszczania lub rozluźniania gruntu.
Interpretacja wyników polega na wykorzystaniu zależności pomiędzy naprężeniem a przemieszczeniem gruntu dla przy-padku sztywnego lub wiotkiego fundamentu posadowionego na półprzestrzeni sprężystej:
(1)
gdzie:
E – moduł sprężystości (MPa), d0 – zmierzone przemieszczenie (mm),
n – współczynnik Poissona gruntu, s0 – maksymalne naprężenie pod płytą (kPa),
a – promień płyty (mm),
f – współczynnik kształtu zależny od rozkładu naprężenia i sztywności płyty
naciskowej (według tabl. 1).
Wyznaczoną za pomocą zależności (1) wartość modułu od-kształcenia podłoża oznacza się najczęściej w literaturze anglo-języcznej jako ELWD, a w Niemczech i Polsce – Evd. Zdaniem
autora głównym powodem problemów z interpretacją wyników przy wyznaczaniu modułu sztywności gruntu za pomocą płyty dynamicznej jest używanie zależności (1).
PRZEGLĄD CZYNNIKÓW WPŁYWAJĄCYCH NA WYZNACZANĄ WARTOŚĆ MODUŁU SZTYWNOŚCI PODŁOŻA
Czynniki wpływające na wartość modułów odkształcenia podłoża uzyskiwane podczas badania za pomocą lekkiej płyty
dynamicznej są przedmiotem rozważań autorów licznych prac. Zainteresowanie tą tematyką bierze się z sygnalizowanej wcze-śniej popularności przyrządu ze względu na łatwość przepro-wadzania badania i szybkość uzyskiwania wyników. Badanie to coraz częściej jest wykorzystywane do badań jakości wykonania robót ziemnych, oznaczanych w literaturze anglojęzycznej jako QC/QA – Quality Control/Quality Assurance.
Przegląd czynników wpływających na otrzymywaną wartość modułu podłoża ELWD zawarto w obszernej pracy [27] oraz [20].
Autorzy przedstawili syntetyczny przegląd następujących czyn-ników: wielkość płyty naciskowej, wartość naprężenia kontakto-wego na styku płyta – podłoże gruntowe, sztywność płyty naci-skowej, sztywność stosowanego amortyzatora, sposób pomiaru i wyznaczania amplitudy przemieszczenia płyty naciskowej. W literaturze krajowej czynniki te są wymienione w pracy [21].
Trzy pierwsze czynniki – parametry płyty i naprężenia kon-taktowe – z natury problemu nie mogą być rozpatrywane od-dzielnie. Wartość modułu sztywności podłoża zależy od śred-nicy płyty naciskowej, która wpływa na wybór założenia – czy analizowana jest płyta wiotka czy płyta sztywna. Z kolei wybór założenia co do sztywności płyty determinuje przyjęcie odpo-wiedniego współczynnika kształtu wykresu rozkładu naprężenia pod płytą.
Według pracy Terzaghiego [24] w przypadku obciążenia sta-tycznego moduł odkształcenia podłoża badany płytą o średnicy 200 mm jest około 1,45 (piaski) do 1,50 (gliny) razy większy od modułu wyznaczonego przy użyciu płyty o średnicy 300 mm. Podobne wyniki otrzymali autorzy pracy [18] podczas badań wykonanych za pomocą płyty dynamicznej Prima o dwóch śred-nicach: 100 i 300 mm. Wartości modułu odkształcenia podłoża były wyższe dla płyty o średnicy 100 mm 1,5 ÷ 1,6 krotnie. Fakt ten spowodował, że do instrukcji firmy Prima wprowadzono wytyczne odnośnie wstępnego doboru średnicy płyty adekwat-nie do spodziewanej sztywności badanego podłoża gruntowego.
Tabl. 1. Współczynniki kształtu do wzoru (1) [24, 27]
Rodzaj płyty Rodzaj gruntu Rozkład naprężenia (kształt) Współczynnik kształtu f
Sztywna Spoisty Odwrócony paraboliczny π/2
Sztywna Niespoisty Paraboliczny 8/3
Sztywna spoisty-niespoistyMieszany Odwrócony paraboliczny do prostokątnego π/2 do 2
Wiotka Spoisty Prostokątny 2
Wartość naprężenia uzyskiwanego podczas badania płytą dynamiczną ma pewien wpływ na uzyskiwane wyniki modułu odkształcenia podłoża. W pracy [27] można znaleźć informacje, że w przypadku zagęszczanych podłoży z gruntu niespoistego wartość modułu odkształcenia ELWD wzrasta wraz z wartością
naprężenia kontaktowego. Zmianę naprężenia kontaktowego można uzyskać, stosując różną wysokość spadania obciążnika. Zwiększenie naprężenia kontaktowego z 35 kPa do 120 kPa od-powiednio wywoływało w gruncie spoistym (ił z pyłem i żwi-rem) 1,15 ÷ 1,3 krotny [9] wzrost modułu ELWD. W pracy [7]
podano, że zmiana wysokości spadania masy z 25 na 75 cm wywoływała 1,1-krotny wzrost modułu ELWD. W tym
przypad-ku badano zagęszczony grunt niespoisty. Z kolei w pracy [18] zauważono praktyczny brak wpływu wartości wywoływanego w podłożu naprężenia w przypadku zalegającego naturalnie piasku. W przypadku słabego podłoża z gliny uzyskano z ko-lei efekt odwrotny [8], natomiast dla podłoży scementowanych tego wpływu nie stwierdzono [26].
Ocena sztywności płyty naciskowej ma duże znaczenie przy wyznaczaniu modułu odkształcenia podłoża. Wartość współ-czynnika kształtu f zgodnie z informacjami zawartymi w tabl. 1 może zmieniać się od π/2 w przypadku sztywnej płyty spoczy-wającej na podłożu z gruntu spoistego do 8/3 dla płyty wiotkiej i sztywnej spoczywającej na piasku. Sztywności płyty nie moż-na oceniać w oderwaniu od podłoża, moż-na którym płyta moż-naciskowa spoczywa podczas badania. W literaturze można odnaleźć poję-cie sztywności względnej. Według pracy [6] sztywność względ-na jest definiowawzględ-na jako:
(2)
gdzie:
K – sztywność względna płyty, Ep – moduł sprężystości płyty (MPa),
Es – moduł sprężystości gruntu (MPa), np – współczynnik Poissona materiału płyty, n – współczynnik Poissona gruntu,
h – grubość płyty (m), a – promień płyty (m).
Nieco inaczej sformułowano względną sztywność płyty S w pracy [10]:
(3) Obliczona przykładowa wartość S = 0,18 dotyczy płyty typu niemieckiego firmy Zorn ZFG-01 i klasyfikuje ją jako sztywną (S < 0,5).
Średnica płyty naciskowej wpływa w oczywisty sposób na jej względną sztywność. Zmniejszanie średnicy płyty powoduje wzrost jej względnej sztywności przy założeniu jednakowych warunków gruntowych podczas badania. Konsekwentnie fakt ten powinien mieć odzwierciedlenie przy przyjmowaniu ade-kwatnej wartości współczynnika f występującego w zależności (1). Oczywista jest konieczność posiadania właściwej korelacji pomiędzy sztywnością względną płyty naciskowej i współczyn-nikiem rozkładu naprężenia pod płytą f. Jednak autorowi nie są znane badania dotyczące tego problemu w odniesieniu do płyt obciążanych dynamicznie. Brak pełnego rozwiązania sygnali-zowanego problemu spowodował, że producenci w zróżnicowa-ny sposób podeszli do przyjęcia nie do końca znanej wartości
współczynnika f. Przykładowo, w pracy [20] można odnaleźć informacje, że w przypadku płyty produkowanej przez firmę Zorn w Niemczech używa się do wyznaczenia modułu sztywno-ści podłoża wartosztywno-ści współczynnika f równej π/2. W przypadku płyty dynamicznej Prima firmy CarlBro wartość modułu ELWD
oblicza się przy przyjęciu współczynnika f równego 2.
Znaczny wpływ na wynik badania ma odpowiednie przy-jęcie współczynnika Poissona badanego gruntu. W przypadku obydwu płyt również występują różnice – dla płyty firmy Zorn przyjmuje się n = 0,212, dla płyty Prima n = 0,5. W rzeczy-wistości dla różnych gruntów należy przyjmować odpowiednie wartości współczynnika Poissona. W pracy [20] zawarto infor-mację, że w przypadku płyty Prima można wprowadzać wła-sne nastawy odnośnie współczynnika Poissona i współczynnika rozkładu obciążenia pod płytą f.
Rodzaj zastosowanego amortyzatora drgań jest kolejnym elementem wpływającym na otrzymywane wartości modułu
ELWD. Interpretacja wyników polega na wykorzystaniu wzoru na
statyczne ugięcie półprzestrzeni sprężystej obciążonej płytą, za-tem wpływ „dynamiczności” obciążenia powinien być minima-lizowany. Problem tkwi jednak w tym, że charakter obciążenia jest z założenia typowo dynamiczny i ma kształt kopułki typu półsinusoidy. Dążąc do obciążenia w dość znacznym stopniu rozciągniętego w czasie, a więc najbardziej zbliżającego się do warunków statyki, należałoby stosować amortyzatory o dość ma-łej sztywności, co zasygnalizowano między innymi w pracy [9]. W opracowaniu [1] zwrócono jednak uwagę na fakt, że amorty-zatory gumowe są podatne na zmiany temperatury, a w polskich warunkach klimatycznych należy oczekiwać dokładnych wyni-ków w zakresie temperatur 0 ÷ 30 stopni Celsjusza. Zastosowa-nie sprężyn stalowych powoduje natomiast efekt dość krótkiego czasu działania obciążenia i zwiększenie wartości otrzymywa-nego modułu ELWD [17]. Producenci płyt stosują obydwa
roz-wiązania odnośnie amortyzatorów (gumowe – Keros, Dynatest 3031, stalowe – Zorn ZFG 01, ZFG 02 i ZFG 2000). Sposób łagodzenia skutków uderzenia jest zatem kolejnym czynnikiem utrudniającym wyznaczenie właściwej wartości modułu ELWD.
Zastosowanie różnych czujników i sposób ich montowania wpływa na wartość wyznaczanego przemieszczenia pod płytą naciskową. Płyty Keros, Prima i Dynatest są wyposażone w geo-fon i bezpośredniemu pomiarowi podlega prędkość drgań. Nie-którzy autorzy [20] uważają to rozwiązanie za dobre, zwłaszcza, że geofon w czasie pomiaru styka się z gruntem poprzez nie-wielki otwór wykonany w środku płyty. Płyty niemieckie firmy Zorn nie mają otworu, a pomiar przyspieszenia drgań dokonuje się za pomocą akcelerometru wbudowanego w płytę. Wyznacze-nie przemieszczenia płyty odbywa się w czasie badania poprzez pojedyncze całkowanie prędkości drgań i podwójne całkowanie przyspieszeń. Operacje numeryczne nie są bezbłędne i w celu zminimalizowania błędu wymagają bardzo małych kroków cza-sowych, a tym samym bardzo „gęstego” kroku próbkowania w czasie. Sygnał podlega ponadto filtracji. Autorzy prac [20, 27] informują, że fakt zastosowania akcelerometru czy geofonu nie ma istotnego znaczenia. Ważniejsze jest to, w jaki sposób czujniki są „połączone” z gruntem w czasie pomiaru. W pra-cach zauważono, że akcelerometr zamontowany w płycie daje generalnie większe wartości przemieszczenia. Tłumaczy się to faktem, że pomiarowi podlega również przyspieszenie w płycie stalowej, zwłaszcza w początkowej fazie obciążenia.
ANALIZA CZYNNIKÓW WPŁYWAJĄCYCH NA WYZNACZANĄ WARTOŚĆ MODUŁU SZTYWNOŚCI PODŁOŻA NA PODSTAWIE BADAŃ WŁASNYCH
Ocena modułu sztywności podłoża gruntowego przy uży-ciu lekkiej płyty dynamicznej była tematem rozprawy doktor-skiej autora niniejszej pracy [15] i dalszych analiz [5, 13, 14]. W prezentowanym artykule przedstawiono próbę uogólnienia wniosków i kompleksowej oceny stanu rozwiązania problemów związanych z interpretacją wyników uzyskiwanych podczas ba-dania lekką płytą dynamiczną.
Użycie zależności (1) do wyznaczenia modułu sztywności podłoża ELWD niesie za sobą kilka istotnych konsekwencji, nie
dyskutowanych w opracowaniach cytowanych wcześniej. Po pierwsze, należy zwrócić uwagę na fakt, że zależność (1) do-tyczy problemu statyki, a nie dynamiki. Badanie przy użyciu lekkiej płyty dynamicznej nie jest testem statycznym. Metody rozwiązywania problemów dynamiki dopuszczają zasadniczo sposób interpretacji wyników poprzez zastosowanie znane-go rozwiązania statyki z odpowiednią korektą za pomocą tak zwanego współczynnika dynamicznego. Autor zajął się tym problemem w pracach [14, 15], w których wykazał, że wartości współczynnika dynamicznego podczas badania wykonywane-go w warunkach laboratoryjnych na piasku średnim wahają się od 1,21 do 1,31. W zależności (1) przytoczony czynnik nie jest uwzględniany.
Zasadniczego problemu interpretacyjnego, związanego z wyznaczeniem modułu ELWD, autor dopatruje się w o wiele
bar-dziej złożonej reakcji podłoża gruntowego poddanego udarowi spadającej masy niż tej, która jest podstawą teoretyczną zależ-ności (1). W klasycznym podejściu moduł sztywzależ-ności podłoża jest traktowany jako pewna stała wartość przypisana konkret-nemu badaniu w konkretnych warunkach gruntowych. Badania dowodzą jednak, że sztywność podłoża nie jest stała i zmienia się wraz z poziomem odkształcenia [4]. To założenie stało się podstawą dociekań autora w kontekście wyznaczania adekwat-nej wartości poszukiwanego modułu sztywności podłoża.
W pracach autora posługiwano się własnym programem do analizy numerycznej, opartym na algorytmie metody różnic skończonych, opisanym w monografii [23]. Algorytm ten umoż-liwiał opisanie wnętrza analizowanego ośrodka za pomocą rów-nań ruchu. Obliczenia prowadzono w oparciu o jawny schemat całkowania numerycznego z dbałością o stabilność i zbieżność rozwiązania numerycznego. Modelowaniu podlegał również amortyzowany udar spadającej masy. W kolejnych etapach prac własnych przeprowadzano identyfikację modułu sztywności na podstawie coraz dokładniejszego podejścia w celu zapewnienia zgodności pomiędzy wynikami badania a rozwiązaniem nume-rycznym. Etapy analizy przedstawiono na rys. 1.
W pierwszym etapie założono, że podłoże gruntowe opisy-wane jest jako izotropowa półprzestrzeń sprężysta. To podejście jest najbliższe idei zastosowania zależności (1). Oprogramo-wanie iteracyjnie poszukiwało wartości modułu sztywności E, która zapewniała uzyskanie zgodności maksymalnej amplitudy przemieszczenia, otrzymywanego za pomocą programu, z wy-nikiem badania. Takie punktowe podejście w zakresie warunku zgodności nie odzwierciedlało jednakże pełnego procesu defor-macji, co schematycznie przedstawiono na rys. 1a.
Kolejny etap był próbą uzyskania lepszej zgodności w za-kresie przemieszczeń pomiędzy badaniem a rozwiązaniem nu-merycznym. Okazało się, że wprowadzenie zróżnicowanych wartości modułów sztywności na etapie obciążenia E1 i od-ciążenia E2 znacząco poprawia zgodność przebiegu wykresów przemieszczenia badanego gruntu pod płytą (rys. 1b). Działanie to wykazało, że w rzeczywistości płyta dynamiczna rejestruje wyniki badania, w których zawarta jest informacja odnośnie zróżnicowanego zachowania się gruntu w fazie obciążenia i od-ciążenia.
Etapy oznaczone na rys. 1 jako c i d są dalszymi próbami jeszcze lepszego odzwierciedlenia zmienności sztywności pod-łoża gruntowego w procesie jego dynamicznego obciążenia i odciążenia podczas badania płytą dynamiczną. W etapie 3 po-szukiwano tak zwanego modułu „siecznego”, który był wyzna-czany w chwili spełnienia warunku zgodności przemieszczeń pomiędzy rozwiązaniem numerycznym a wynikami badania, niezależnie dla fazy obciążenia i odciążenia. Kolejne punkty zgodności otrzymywano sukcesywnie, zawsze startując z wy-znaczeniem modułu sztywności od zera przemieszczeniowego w fazie obciążenia i od maksymalnego przemieszczenia (po jego uzyskaniu) w fazie odciążenia. Takie podejście było pew-nym uogólnieniem sposobu identyfikacji modułu sztywności podłoża z etapu 2.
Praktycznie stuprocentową zgodność przebiegu przemiesz-czenia płyty dynamicznej w czasie uzyskano za pomocą podej-ścia 4. Moduł sztywności identyfikowany tym sposobem, na-zwanym metodą „stycznych”, zmienia się w procesie obciążenia i odciążenia zasadniczo od punktu do punktu z częstotliwością równą krokowi próbkowania rejestratora będącego na wyposa-żeniu płyty dynamicznej. W przypadku urządzenia firmy Zorn krok ten wynosi 56 ms i należy go uznać za bardzo gęsty. Taką metodykę interpretacji wyników zastosowano między innymi w pracy [16]. Przedmiotem badania było podłoże gruntowe wznoszonego nasypu komunikacyjnego wykonanego z pospół-ki. Testy przeprowadzono w trzech losowo wybranych miej-scach, wykonując pełne badanie zgodnie z instrukcją przyrządu ZFG 01 firmy Zorn. Producenci płyt dynamicznych wymagają przeprowadzenia w każdym z badanych miejsc trzech niereje-strowanych udarów wstępnych, tłumacząc to koniecznością
do-pasowania się płyty do podłoża. Do standardowej interpretacji wyników służy wyznaczona średnia arytmetyczna maksymalne-go przemieszczenia płyty naciskowej z udarów 4, 5 i 6. Wyzna-czone w ten sposób moduły oznaWyzna-czone jako Evd wynosiły
odpo-wiednio 50,10 MPa (punkt 1), 51,64 MPa (punkt 2) i 52,19 MPa (punkt 3), [16]. W podejściu tym wykorzystano pełne przebiegi przemieszczenia zarejestrowane w każdym z miejsc pomiaro-wych podczas wykonywania udaru numer 5 i poddano je inter-pretacji za pomocą oprogramowania numerycznego. Uzyska-ne wyniki zmienności modułu sztywności badaUzyska-nego podłoża przedstawiono na rys. 2.
Moduł sztywności podłoża gruntowego charakteryzuje się bardzo wysokimi wartościami w początkowym okresie wzbu-dzenia reakcji deformacyjnej gruntu. Następnie wartość modułu sztywności oscyluje wokół wartości wyznaczonej według in-strukcji przyrządu [25]. Po osiągnięciu maksymalnej amplitudy przemieszczenia następuje skokowy wzrost sztywności. W fa-zie odciążenia wyznaczono znacznie wyższe wartości modułu sztywności podłoża gruntowego w badanym nasypie niż w fazie obciążenia.
DYSKUSJA WYNIKÓW
Zastosowanie zaproponowanej metodyki wyznaczania mo-dułu sztywności podłoża gruntowego opierało się na założeniu bardziej dokładnego odzwierciedlenia procesu deformacyjnego niż w przypadku sposobu bazującego na zależności (1). Ocena modułu sztywności na podstawie wartości maksymalnej ampli-tudy niewłaściwie opisuje proces deformacji gruntu w fazie ob-ciążenia i odob-ciążenia. Wykazano zmienność modułu sztywności w procesie wzbudzenia reakcji odkształceniowo-naprężeniowej podłoża gruntowego oraz to, że grunt nie zachowuje się sprę-żyście. Stwierdzono, że przy zastosowaniu odpowiedniej inter-pretacji wyników badań płyta dynamiczna umożliwia wykrycie jakościowej zmiany w zachowaniu się podłoża gruntowego w momencie przejścia z fazy obciążenia do fazy odciążenia.
Proponowane w pracy podejście umożliwiło wyznaczenie zmienności modułu sztywności w czasie. Uzyskiwana począt-kowa sztywność gruntu była bardzo duża (około 5300 MPa
w analizowanym przypadku), jednak bardzo szybko malała (rys. 2). Występowanie tak wysokich wartości początkowych modułu należy wytłumaczyć dwoma powodami. Pierwszą przy-czyną jest konstrukcja przyrządu użytego do badania – czujnik przyspieszenia w przypadku płyty firmy Zorn zainstalowano w płycie naciskowej, a więc początkowa reakcja w dużej czę-ści zawiera odpowiedź samej płyty, a nie tylko gruntu. Fakt ten jest również sygnalizowany w pracy [27]. Powód drugi, to ujawnienie się wartości początkowej modułu sztywności pod-łoża gruntowego Emax utożsamianego z czysto sprężystą odpo-wiedzią gruntu w zakresie bardzo małych odkształceń i silnej nieliniowości gruntu w zakresie małych odkształceń, co przed-stawiono w badaniach własnych. Z bardzo małymi odkształce-niami mamy do czynienia w przeprowadzonej analizie tylko w okresie początkowym fazy obciążenia gruntu. Przyjmuje się, że o bardzo małych odkształceniach w gruncie można mówić przy ich poziomie wynoszącym do 0,0001% [19]. Oszacowano, że w badanym przypadku największe odkształcenie uzyskiwane w czasie osiągnięcia maksymalnej amplitudy przemieszczenia wyniosło 0,1%, co wskazuje na wyjście poza zakres sprężysto-ści gruntu. Oszacowanie to określono jako uśrednione odkształ-cenie warstwy podłoża pod płytą do głębokości uznawanej jako zasięg interakcji grunt – płyta naciskowa (do 50 cm). Wartość odkształcenia wynosząca 0,1% jest to poziom będący w zasa-dzie granicą pomiędzy małymi a dużymi odkształceniami grun-tu. W rzeczywistości odkształcenia gruntu pod płytą nie są jed-nakowe i zmieniają się wraz z głębokością. Należy więc przyjąć, że w strefie kontaktu płyty naciskowej z podłożem odkształce-nia w gruncie są większe niż 0,1%
Po okresie początkowym fazy obciążenia (rys. 2) obserwuje się, że prognoza numeryczna dynamicznego modułu sztywności pozostaje w dobrej zgodności z wartością modułu wyznaczone-go za pomocą standardowej procedury badawczej lekkiej pły-ty dynamicznej. Natomiast wartości dynamicznych modułów sztywności w fazie odciążenia są znacznie wyższe od modułów w fazie obciążenia.
WNIOSKI
Głównym powodem problemów występujących przy inter-pretacji wyników badania za pomocą lekkiej płyty dynamicz-nej jest przyjęcie założenia sprężystości podłoża gruntowego. O niesprężystej odpowiedzi podłoża gruntowego świadczy uzyskiwanie wartości modułów sztywności podłoża znacznie niższych (nawet dwukrotnie) niż moduły uznawane za miary prawdziwej sprężystości gruntu wyznaczane za pomocą metod sejsmicznych [11, 12]. Ponadto poziom oszacowanych odkształ-ceń badanego podłoża świadczy, że grunt podczas osiągnięcia maksymalnego przemieszczenia płyty znajduje się w stanie da-lekim od sprężystości i liniowości ośrodka. Fakt, że w czasie badania obserwuje się powrót płyty do poziomu wyjściowego na koniec testu świadczy, że w podłożu, a zwłaszcza w strefie kontaktowej płyty z gruntem, zachodzi o wiele bardziej złożony proces deformacji niż zakłada się w podejściu standardowym. Zdaniem autora w podłożu pod płytą musi następować dyna-miczny proces naprzemiennego zagęszczania i rozluźniania się gruntu, przede wszystkim w strefie kontaktowej. Moduł sztyw-ności ELWD nie powinien być zatem utożsamiany ze sztywnością
początkową gruntu. Nie powinien być również nazywany mo-dułem dynamicznym ze względu na jego niesprężysty charakter i nieuwzględnianie przy jego wyznaczeniu współczynnika dy-namicznego.
Z inżynierskiego punktu widzenia nie należy jednak nego-wać wartości wyznaczonego modułu ELWD. Zasadnicze
założe-nia badazałoże-nia modułu ELWD według instrukcji przyrządu [25] mogą
być akceptowane, ponieważ sposób interpretacji wyników pro-wadzi do poprawnej oceny średniego modułu sztywności podło-ża gruntowego w fazie obciążenia, choć pełen proces deformacji gruntu nie jest w tym podejściu uwzględniany. Wymagana jest jednak standaryzacja umożliwiająca poszukiwanie spójnych na całym świecie zależności korelacyjnych pomiędzy modułem
ELWD a innymi parametrami służącymi do oceny sztywności i
za-gęszczenia gruntów. Z punktu widzenia formalnego należy jed-nak wprowadzić korektę w terminologii i zaprzestać używania polskiego określenia – dynamiczny moduł odkształcenia podło-ża. Autor pracy proponuje używanie określenia moduł
sztywno-ści podłoża wyznaczony za pomocą lekkiej płyty dynamicznej. LITERATURA
1. Adam D., Kopf F.: Messtechnische und Theoretische Untersuchungen als Grundlage für die Weiterentwicklung und normative Anwendung der dyna-mischen Lastplatte (Leichtes Fallgewichtsgerät. Heft Nr. 68, Technische Univer-sität Braunschweig, 2002, 1-20.
2. ASTM E2583-7. Standard Test Method for Measuring Deflections With a Light Weight Deflectometer (LWD). Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.03, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2007.
3. ASTM E2835-11. Standard Test Method for Measuring Deflections Using a Portable Impulse Plate Load Test Device, Annual Book of ASTM Stan-dards, Vol. 04.03, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011.
4. Atkinson, J. H.: Non-linear soil stiffness in routine design . Geotech-nique 50, No. 5, 2000, 487-508.
5. Bąk G., Gosk W.: Sztywność podłoża piaszczystego w procesach ob-ciążenia i odob-ciążenia wywołanych udarem. Wydawnictwo Politechniki Kra-kowskiej. Czasopismo Techniczne. Budownictwo, Z. 2-B/2007, Kraków, 2007, 3-10.
6. Borowicka H.: Influence of rigidity of a circular foundation slab on the distribution of pressures over a contact Surface. Proc. Intl. Conf. on Soil Mech. and Found. Engrg., Vol. 2, Harvard Univ., Cambridge, MA.
7. Camargo F., Larsen B., Chadbourn B., Roberson R., Siekmeier J.: In-telligent compaction: a Minnesota case history. Proc. 54th Annual University of
Minnesota Geotechnical Conf., St Paul, MN, 2006.
8. Chaddock B. C. J., Brown A.: In-situ tests for road foundation assess-ment. Proc. Unbound Aggregates in Road Construction – UNBAR4, A. Dawson and B. Jones, Eds., Nottingham, UK, 1995, 259-269.
9. Fleming. P. R., Frost M., Rogers C.: A comparison of device of measur-ing stiffness in-situ. Proc. Unbound Aggregates in Road Construction – UN-BAR5, A. Dawson, Ed., Balkema, Rotterdam, 2000, 193-200.
10. Gorbunow – Posadow M. J., Malikova T. A., Sołomin V. J.: Rasčot konstrukcji na uprugom osnovanii. Moskva „Strojizdat”, 1984.
11. Gosk W., Czech K. R.: Drgania powierzchniowe podłoża gruntowego wywołane udarem spadającej masy - badania terenowe i identyfikacja sztywno-ści gruntu. Inżynieria Morska i Geotechnika, R.36, nr 3, 2015, 229-233.
12. Gosk W., Czech K. R.: Ocena modułu sztywności gruntu na podstawie pomiaru drgań powierzchniowych. Acta Scientiarum Polonorum, Architectura – Budownictwo, Vol. 15, nr 2, 2016, 67-77.
13. Gosk W.: Zastosowanie metody stycznych do identyfikacji modułu sztywności podłoża gruntowego badanego płytą dynamiczną ZFG-01. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska. Z. 59, cz. 4, 2012, 33-40.
14. Gosk W.: Badanie podłoża gruntowego za pomocą płyty dynamicznej ZFG-01 – ocena zastosowania modelu sprężystego do interpretacji wyników. Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, T. 15, nr 2, 2010, 99-106.
15. Gosk W.: Identyfikacja modułu sztywności podłoża gruntowego ob-ciążonego udarowo. Rozprawa doktorska, Politechnika Białostocka, Białystok, 2006.
16. Gosk W.: Stiffness estimation of the soil built-in road embankment on the basis of light falling weight deflectometer test. Procedia Engineering, Vol. 143 (2016), 395-402. 3rd International Conference on Transportation Geotech-nics (ICTG). 4 - 7 September 2016. Guimarães, Portugal.
17. Lenngren C.: Discussion: Effects of buffers on falling weight deflec-tometer loadings and deflections, By Lukanen E. O., Transp. Res. Rec., Vol. 1355, 1992, 51.
18. Lin D., Liau C., Lin J.: Factors affecting portable falling weight deflec-tometer measurements. J. Geotech. Geoenviron. Eng., Vol. 1755, 2006, 804-808. 19. Lipiński M.: Kryteria wyznaczania parametrów geotechnicznych. Wy-dawnictwo SGGW. Warszawa, 2013.
20. Stamp D. H., Mooney M.A.: Influence of Lightweight Deflectometer Characteristics on Deflection Measurement. Geotechnical Testing Journal, Vol. 36, No. 2, 2013, 216-226.
21. Sulewska M. J.: Sztuczne sieci neuronowe w ocenie parametrów za-gęszczenia gruntów niespoistych. Studia z zakresu inżynierii, Nr 64, PAN, War-szawa-Białystok, 2009.
22. Sulewska M. J.: The control of soil compaction degree by means of LFWD. Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, Vol. 7, No. 1 (2012), 36-41.
23. Szcześniak Z.: Modelowanie zachowania dynamicznego konstrukcji podziemnych w warunkach działania powietrznej fali uderzeniowej. Wydawnic-two WAT, Warszawa, 1999.
24. Terzaghi K.: Evaluation of coefficient of subgrade reaction. Geotechni-que, Vol. 5, No. 4, 1955, 297-326.
25. TP BF-StB Teil B 8.3, Technische Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau. Dynamischer Plattendruckversuch mit Hilfe des Leichten Fall-gewichtsgerätes. Forschungsgesellschaft für Straßen und Verkehrswesen, Köln, 2003.
26. Van Gurp C., Groendijk J., Beuving J.: Experience with various types of foundation tests. Proc. Unbound Aggregates in Road Construction – UN-BAR5, A. Dawson, Ed., Balkema, Rotterdam, 2000, 239-246.
27. Vennapusa, P.K.R., White, D.J.: Comparison of Light Weight Deflec-tometer Measurements for Pavement Foundation Materials. Geotech. Test. J., Vol. 32, No. 3, 2009, 1-13.
28. ZTVE-StB 94: 1994/1997, Zusätzliche Technische Vertragsbedingun-gen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau. Forschungsgesellschaft für Straßen und Verkehrswesen, Köln, Ausgabe 1994/Fassung 1997.
Pracę wykonano w Politechnice Białostockiej w ramach realizacji pracy statutowej S/WBiIŚ/2/2018 finansowanej ze środków MNiSW.
