Waar bent u naar op zoek?
Mijn offerte
Geotechnisch onderzoek

Het kiezen van de juiste sondeerconus

Inleiding

Bij het selecteren van apparatuur voor een sondering of CPT project is het type conus vaak niet de eerste prioriteit. De conus wordt eerder geselecteerd op basis van wat er in de werkplaats staat en wat er in de schappen van de leverancier ligt. Hoewel dit beide belangrijk is, is het misschien belangrijker om rekening te houden met het bodemtype dat u aantreft, evenals met de onderzoeksdoelen van het project.

De gebruikte sondeerconus kan enorme gevolgen hebben voor de resulterende kwaliteit en toepasbaarheid van de gegevens en moet daarom zorgvuldig worden overwogen. Dit artikel zal de verschillende onderdelen van de conus uitlichten en bespreken hoe deze de resulterende gegevens kunnen beïnvloeden. Er wordt alleen rekening gehouden met elektrische CPT.

Dit is een verkorte versie, u kunt het volledige artikel downloaden.

Digitaal versus analoog

Er zijn verschillende operationele voordelen van het gebruik van het digitale systeem, bijvoorbeeld de universele kabels. In tegenstelling tot analoog sonderen, waar elke meetparameter zijn eigen kern in de kabel nodig heeft (dus een 10-pins kabel wordt gebruikt voor sondeergegevens, terwijl een 16-pins kabel wordt gebruikt voor seismische sonderingen), kunnen bij digitale systemen universele kabels worden gebruikt, ongeacht de datastromen die worden gegenereerd door extra modules die achter de conus zijn gemonteerd. Het digitale systeem kan ook kalibratiegegevens intern in de conus opslaan, waardoor het niet meer nodig is om het nieuwste kalibratiebestand handmatig toe te voegen aan de acquisitiesoftware - een foutgevoelige handeling. Digitaal sonderen is daarom de meer toekomstbestendige optie en, zonder duidelijke nadelen, de verstandige aanpak voor iedereen die aan de slag gaat met sonderen.

Piëzo of niet? 

Sinds de introductie in de jaren 80 zijn piëzoconussen, sondeerconussen die ook de dynamische waterspanning kunnen meten, min of meer de standaard CPT conus geworden.

Het meten van de poriewaterdruk samen met de puntweerstand en hulswrijving heeft een aantal voordelen, waaronder: eenvoudigere identificatie, afbakening en karakterisering van grondlagen (omdat de extra parameter betere correlaties mogelijk maakt), evaluatie van de stromings- en consolidatiekenmerken door middel van dissipatietesten en, belangrijker nog, de mogelijkheid om sondeergegevens te corrigeren voor poriedrukeffecten die de sondeergegevens zullen beïnvloeden, ongeacht of deze gemeten zijn of niet.

Alleen al om die laatste reden is het gebruik van piëzoconussen de verstandige aanpak voor elke sondeerklus.

 

Figuur 1: verschillende sonderconus penetrometers

Het moet wel vermeld worden dat een piëzosondeertest, of CPTu zoals het oorspronkelijk werd aangeduid, meer voorbereiding vereist dan een test zonder waterspanningsmetingen omdat het poreuze filterelement volledig moet worden verzadigd voorafgaand aan de test om te verzekeren dat er geen lucht meer aanwezig is in het filter. Maar, ondanks de extra voorbereiding die deze methode vergt, wegen de voordelen van het verkrijgen van waterspanningsgegevens zeker op tegen de nadelen.

Figuur 2: Filter plaatsing | Afbeeldingsbron: ASTM D5778

Piëzoconussen zijn verkrijgbaar met het poreuze filterelement in drie verschillende locaties: u1 op het puntoppervlak, u2 op de schouder en u3 achter de wrijvingsmantel. Het merendeel van de piëzoconus testen worden uitgevoerd met u2 conussen en deze worden meestal als de standaard aangeboden. Testen met de u1 positie hebben als voordeel dat er het minste kans is op negatieve waterspanningen in uitzettende grondsoorten. De u3 filter positie wordt het minste gebruikt, maar is wel geschikt voor het corrigeren van de mantelwrijving of waterspanningseffecten en wordt normaal gesproken alleen toegepast in onderzoeksprojecten.

Het omzetten van een u2 conus naar een u1 conus is zeer eenvoudig omdat u alleen de conuspunt hoeft te vervangen. Een u3 conus daarentegen vereist een andere opstelling van het binnenwerk van de conus. Daarom kunt u niet heel eenvoudig een u2 cone veranderen naar een u3.

Poreuze filters kunnen worden gemaakt van kunststof, zoals HDPE, of van metaal; het meest gangbare is koper of brons, maar staal is ook mogelijk. Kunststof filters zijn voor éénmalig gebruik, terwijl u de metalen filters, mits onbeschadigd, kunt reinigen, opnieuw verzadigen en hergebruiken.

In plaats van poreuze filters zijn er ook conussen verkrijgbaar met sleuffilters. Het sleuffilter heeft een interne holte die is gevuld met een dik vet. Wanneer de conus volledig is gemonteerd, is er een smalle opening of sleuf, zodat de waterspanning via het vet naar de druksensor kan worden overgebracht.

Sleuffilterelementen reageren minder dynamisch dan poreuze filterelementen, maar hebben wel het voordeel dat ze minder snel uitdrogen in droge of uitzettende gronden door het dikke vet dat wordt gebruikt.

Figuur 3: Verschillende filterelementen

Opstelling van de krachtopnemers

Conussen zijn ruwweg verkrijgbaar met twee types krachtopnemeropstellingen: aftrek of compressie. Welke moet u kiezen? De mantelwrijving is vaak veel kleiner dan de puntweerstand, aangezien het wrijvingsgetal normaalgesproken tussen de 10 en 0,1 procent ligt. Het meten van mantelwrijving met een gevoelige krachtopnemer resulteert vanzelfsprekend in een nauwkeuriger meting van de mantelwrijving. De foutmarge van een krachtopnemer is zo’n 0,5% van het volledige meetbereik, en vandaar dat krachtopnemers met een groter meetbereik minder nauwkeurig zijn. Daarom zal het meten van de mantelwrijving met een krachtopnemer met een groot meetbereik (zodanig dat de puntweerstand binnen dat bereik valt) al snel resulteren in een situatie, waarbij de meting dichtbij ligt of zelfs kleiner is dan de inherente fout in de meting.     

Compressieconussen worden daarom aanbevolen voor projecten waar nauwkeurige mantelwrijving metingen, vooral in heel zachte materialen, nodig zijn. Of projecten waar Application Class 1 data vereist is. Dus bij projecten in stijve gronden, of waar de productie belangrijker is dan gevoeligheid, wordt over het algemeen de aftrekconus gekozen. 

Bereik van de krachtopnemers

Figuur 4: Plaatsing van de krachtopnemers in een sondeerconus. a. Aftrek b. Compressie c. Spanning | Afbeeldingsbron: ASTM D5778

Normaal gesproken zijn sondeerconussen ontworpen voor het gebruik in een verscheidenheid aan grondsoorten, tot en met zeer stijve grond waar u tot wel 50 MPa (522 tsf) aan puntweerstand kunt tegenkomen. Deze conussen kunnen dus 75 Mpa (783 tsf) of zelfs 100 MPa (1044 tsf) meten zonder te overbelasten. Wanneer u echter in voornamelijk zachte grond meet met een dergelijke conus gebruikt u slechts de laagste <10% van de capaciteit. Het is dus niet altijd nodig om met zo’n krachtig gereedschap te werken. Conussen met kleinere krachtopnemers zijn gevoeliger voor kleine vervormingen en dus nauwkeuriger in zeer zachte grond.  

Hoewel niet aangeboden als standaard, zijn conussen met een kleiner meetbereik wel degelijk beschikbaar. Het is een waardevol instrument voor het verkrijgen van de meest nauwkeurige en gevoelige data mogelijk bij het werken met lage spanningen, zoals die worden aangetroffen in zeer zachte, gevoelige bodems als mariene afzettingen.

Conus formaat

Sondeerconussen worden verkocht in verschillende maten, maar de overgrote meerderheid is 10 cm2 or 15 cm2 waarbij de eerste volgens ISO en ASTM als standaard wordt beschouwd. De laatste wordt daarentegen het meeste gebruikt. Het is belangrijk te vermelden dat de maat refereert aan de dwarsdoorsnede van de conuspunt, niet het oppervlak.

Conussen met kleine krachtopnemers  zijn gevoeliger voor kleine vervormingen. Maar hoewel het misschien indruist tegen het gevoel, biedt een groter formaat conus ook een grotere gevoeligheid voor kleine vervormingen. Een groter oppervlak zorgt vergroot ook de kracht die de grond uitoefent op de conuspunt. Dit verhoogt de kans dat er een meetbare kracht wordt waargenomen in de zachtste bodems.

Tegenwoordig kunt u met een 10 of 15 cm2 conus veranderingen in de bodemeigenschappen waarnemen in zelfs de meest zachte grond, vooral wanneer er een conus met een kleiner krachtopnemerbereik wordt gebruikt.

Er zijn ook mini conussen, doorgaans 5 cm2 en 2 cm2 groot. Deze mini conussen worden vaak ingezet bij lichtgewicht zeebodem sondeersystemen, aangezien ze met dunnere sondeerbuizen geduwd kunnen worden, die op een spoel te wikkelen zijn en minder reactiekracht vereisen om in de grond geduwd te worden. Dat maakt ze perfect voor een lichtgewicht systeem. Mini conussen worden ook gebruikt in laboratoriumopstellingen en kalibratiekamers.

Figuur 5: Sondeerconussen in maten van 15 tot 2 cm2

Sondeermodules

Modules zijn een kosten- en tijdbesparende manier om de data die u verkrijgt tijdens een sondering uit te breiden. De modules zijn achter een conus te bevestigen om een aanvullende dataset te verkrijgen, zonder dat het de kwaliteit van de standaard sondeerdata beïnvloed. Een greep uit het aanbod: 

  • Seismisch: voor het bepalen van het afschuif- en drukgolfsnelheidsprofiel als functie van de diepte, waardoor een gedetailleerde analyse van de kleine rek-afschuif- en elastische moduli en het bodemvervloeiingspotentieel mogelijk is
  • Magnetometer: voor het detecteren van begraven metalen objecten, zoals UXO of paalbodems
  • Videoconus: voor visuele analyse van bodem en identificatie van verontreinigingen
  • Gamma module: voor de beoordeling van de radioactieve signatuur van de bodem

Samenvatting

Sondeerconussen zijn er in verschillende types en configuraties. De keuze voor een conus kan een significante invloed hebben op de kwaliteit en toepasbaarheid van de verkregen data. Bij Royal Eijkelkamp is ons doel om klanten te voorzien van niet alleen betrouwbare instrumenten, maar ook alle juiste gereedschappen voor uw project. Als u meer informatie zoekt over de onderwerpen die we in dit document hebben aangestipt, neem dan contact op met onze sondeerspecialisten via CPT@eijkelkamp.com.