Usługi geologiczne, mieszczące się w zakresie geotechniki

Jako firma zajmująca się geotechniką i geologią, oferujemy różnego rodzaju specjalistyczne usługi geologiczne, wchodzące w zakres badania podłoża gruntowego, głównie dla celów budowlanych. W tym poście, przedstawię szczegóły na temat naszej oferty oraz podstawowe informacje, dotyczące każdego rodzaju wykonywanego przez nas badania gruntu. Miłej lektury 🙂

Po co wykonywać badanie gruntu

Aspekty prawne

Podstawowym dokumentem, mającym na celu zbadanie przydatności podłoża gruntowego dla celów budowlanych jest opinia geotechniczna.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 25 kwietnia 2012 r., dotyczącym ustalenia geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych, opinia geotechniczna jest obligatoryjna w przypadku obiektów budowlanych wszystkich kategorii geotechnicznych.

Czyli innymi słowy, jeżeli chcesz wybudować jakikolwiek budynek np. dom jednorodzinny, to z prawnego punktu widzenia, najpierw musisz wykonać podstawowe badania geotechniczne gruntu na swojej działce, których wyniki będą zawarte w opinii geotechnicznej. Posiadanie opinii geotechnicznej jest konieczne dla uzyskania pozwolenie na budowę.

Uniknięcie ewentualnego uszkodzenia obiektu budowlanego

Powyższe Rozporządzenie MTBiGM, nie jest tylko kolejną kwestią formalną, którą należy wypełnić. Zbadanie gruntu przed rozpoczęciem budowy, ma również swoje praktyczne uzasadnienie. Przede wszystkim chodzi o sprawdzenia litologii podłoża oraz jego parametrów mechanicznych.

Nowo powstały budynek, w zależności od swojej masy oraz rozkładu naprężeń, będzie w jakimś stopniu oddziaływał na grunt w miejscu w którym zostanie posadowiony. Dlatego dobranie odpowiednich parametrów konstrukcyjnych tego budynku (głównie chodzi o dobór odpowiednich fundamentów) podczas fazy projektowania jest kluczowe dla powodzenia całej inwestycji.

Podstawowe usługi geologiczne

Wiercenia geologiczne w celu poznania litologii

Wiercenia są podstawowym badaniem gruntu, wykonywanym na potrzeby geotechniki. Poznane litologii podłoża gruntowego, pokazuje czy grunt w ogóle nadaje się pod budowę. Nasypy niekontrolowane lub grunty organiczne tj. torfy, gytie, nie nadają się do celów budowlanych. Ponadto, jeżeli natrafimy na grunty niespoiste np. piaski lub żwiry, to konieczne będzie wykonanie dodatkowych badań w celu określenia parametrów gruntów niespoistych.

Wiercenia umożliwiają także pobór próbek gruntu. Klasa jakości próbek uzyskanych podczas wiercenia metodą obrotową jest na tyle wysoka, że w zupełności wystarcza na potrzeby podstawowych badań geotechnicznych. Wymagana klasa jakość próbek, pobieranych dla celów geotechnicznych jest uściślona w polskiej normie Eurokod 7, która dotyczy projektowania geotechnicznego.

W firmach zajmujących się geotechniką, najczęściej wierci się za pomocą wrzecionowej wiertnicy mechanicznej z napędem obrotowym, rzadziej za pomocą przenośnego zestawu do wiercenia ręcznego. Wiertnice używane w dzisiejszych czasach, używane na potrzeby geotechniki czy geologii, są najczęściej montowane na podwoziach gąsienicowych lub na samochodach. Dzięki temu, wiertnica jest bardzo mobilna i gotowa do wykonania badania, niemal zaraz po przyjechaniu na miejsce.

Wiercenia za pomocą przenośnego zestawu ręcznego, wykonuje się najczęściej kiedy nie ma możliwości użycia wiertnicy mechanicznej. Przeważnie wynika to z braku odpowiedniej ilości miejsca. Trudności w wykonaniu badania za pomocą wiertnicy mogą także wynikać ze zbyt dużej wagi sprzętu. Przeważnie, wiertnice używane do geotechniki ważą 1 – 2 tony. W przypadku bardziej specyficznych zleceń, może wystąpić sytuacja w której odwierty trzeba wykonać wewnątrz budynku np. w piwnicy.

Badanie zagęszczenia gruntu

W geotechnice, uzyskanie dodatkowych parametrów gruntu, oprócz poznania litologii jest konieczne. Projektant który odpowiada za konstrukcję budynku i dobór odpowiednich fundamentów, dobiera je na podstawie stopnia skomplikowania warunków gruntowych.

Aby ustalić ww. stopień skomplikowania, należy zbadać parametry mechaniczne gruntu tj. wskaźnik zagęszczenia gruntu (Is) lub stopień plastyczności (IL). W celu zbadania stopnia plastyczności, pobiera się próbki gruntu podczas wiercenia a następnie bada je w laboratorium. Jest kilka metod na poznanie wskaźnika zagęszczenia gruntu, jednak wszystkie się wiążą z przeprowadzeniem badań polowych.

Nasypy budowlane, przygotowywane pod budowę to najczęściej piaski. Dlatego ważne jest aby miały odpowiednio wysoki wskaźnik zagęszczenia. Jeżeli piasek na którym zostanie posadowiony budynek jest zbyt luźny, to na skutek ciężaru własnego oraz masy posadowionego budynku, będzie stopniowo osiadał.

Nadmierne osiadanie budynku, a co gorsza nierównomierne, przeważnie prowadzi do powstania uszkodzeń. Jedną z najsłynniejszą na świecie budowli, która ucierpiała ze względu na nierównomierne osiadanie jest Krzywa Wieża w Pizie.

Aby ustalić wskaźnik zagęszczenia gruntu, mamy do wyboru kilka rodzajów badań polowych. Poniżej przedstawię krótką charakterystykę każdego z nich.

Sondowania dynamiczne

Sondowanie gruntu jest to badanie którego zadaniem jest określenie parametrów fizycznych gruntu, na podstawie pomiaru oporu końcówki sondy podczas wbijania, wkręcania lub wciskania (w zależności od tego jakiej sondy używamy).

W Polsce, najpopularniejszym badaniem pozwalającym określić wskaźnik zagęszczenia gruntu (Is) jest sondowanie dynamiczne. Badanie to jest bardzo proste, polega na wbijaniu końcówki sondy przykręconej do stalowej żerdzi w grunt. W trakcie wbijania, zlicza się liczbę uderzeń młota na każde 10 cm. Końcówka ma najczęściej postać stożka o określonych parametrach, rzadziej używa się końcówki cylindrycznej lub krzyżakowej.

Jeżeli potrzebujemy pobrać próbki gruntu o nienaruszonej strukturze, to możemy do tego celu użyć ww. końcówki cylindrycznej. W trakcie wbijania cylindra, grunt wchodzi do jego wnętrza. Zastosowanie końcówki krzyżakowej pozwala na zbadanie wielkości oporu gruntu na ścinanie.

Możemy wyróżnić kilka typów sond dynamicznych, które różnią się od siebie parametrami technicznymi tj. masa oraz wysokość opadania młota, średnica stożka, średnica żerdzi, masa kowadła i prowadnicy itd. Generalnie chodzi o wielkość samego urządzenia i siłę z jaką jest w stanie wbijać stożek o określonych parametrach.

Gabaryty sondy wpływają także na jej mechanizm napędowy. Możemy wyróżnić sondy lekkie, które są napędzane ręcznie lub pneumatycznie oraz sondy średnie, ciężkie i superciężkie napędzane silnikiem spalinowym.

Sondowania statyczne CPT/CPTU

Sonda statyczna, stała się w Polsce powszechna dopiero na początku XX w. W dzisiejszych czasach, badanie gruntu tego typu sondą jest powszechne. W przeciwieństwie do sondy dynamicznej, statyczna daje dużo więcej informacji na temat gruntu tj. zagęszczenie gruntu, stopień plastyczności, moduł ściśliwości.

Jeżeli osoba obsługująca sondę statyczną jest odpowiednio przeszkolona, to może nawet w sposób interpretacyjny określić rodzaj gruntu oraz wydzielić poszczególne jego warstwy. Jest to możliwe dzięki zaawansowanej elektronicznej technologii pomiarowej, znajdującej się wewnątrz metalowego stożka.

W praktyce, sondowanie statyczne polega na powolnym wciskaniu ww. stożka CPT lub CPTU w podłoże gruntowe. Wciskany stożek jest przykręcony do kolumny żerdzi, które wraz z postępem sondowania są dokręcane. Ze względu na wymaganą dużą siłę mechanizmu wciskającego stożek, najczęściej sondy statyczne są montowane na podwoziach samochodów ciężarowych, przystosowanych do zadań terenowych.

Innym rozwiązaniem mającym na celu zrównoważenie siły wciskającej jest przytwierdzanie sondy do podłoża gruntowego za pomocą specjalnych kotew. Tego typu rozwiązanie najczęściej spotyka się w przypadku sond montowanych na samobieżnych podwoziach gąsienicowych.

Badanie płytą sztywną VSS

Zgodnie z normą PN-S-02205:1998, zagęszczenie gruntu można również określić poprzez wyznaczenie wskaźnika odkształcenia gruntu (I₀). Wskaźnik ten można uzyskać za pomocą badania nośności podłoża gruntowego za pomocą płyty VSS.

Płyta VSS lub innymi słowy aparat VSS, służy do pomiaru odkształceń pionowych podłoża gruntowego, poprzez przyłożenie do płyty obciążenia w sposób statyczny. Badanie za pomocą płyty statycznej jest przeważnie stosowane w celu sprawdzania stanu podbudów pod infrastrukturę drogową np. drogi, parkingi itd. Przyczyną tego jest niewielka głębokość oddziaływania płyty statycznej na podłoże gruntowe, nie przekraczająca 0,5 m. Ten mankament uniemożliwia badanie gruntu na większych głębokościach.

Badanie przeprowadza się w dwóch cyklach, pierwszy cykl pozwala ustalić pierwotny moduł odkształcenia gruntu (E₁), a drugi wtórny (E₂). Wyznaczenie tych dwóch modułów, pozwala obliczyć wskaźnik odkształcenia gruntu (I₀). Ocenę prawidłowości zagęszczenia badanego nasypu budowlanego, uzyskuje się poprzez porównanie wartości uzyskanych parametrów z wymaganiami zawartymi w normie drogowej PN-S-02205:1998.

Aby przeprowadzić badanie aparatem VSS, konieczna jest odpowiednio ciężka przeciwwaga. Wciskana pionowo w podłoże gruntowe płyta, potrzebuje punktu podparcia, o odpowiednio dużej masie. Najczęściej jako przeciwwagi używa się koparki, ciężarówki lub innego ciężkiego sprzętu dostępnego na budowach. Generalnie im cięższy sprzęt, tym lepiej. Dużo także zależy od samej wytrzymałości podłoża gruntowego.

Wytrzymałość podłoża wpływa także na czas potrzebny na wykonania jednego badania. Im słabsze podłoże gruntowe tym więcej czasu grunt potrzebuje aby się zagęścić pod wpływem obciążenia płytą.

Badanie lekką płytą dynamiczną

Używanie lekkiej płyty dynamicznej w celu zbadania podłoża gruntowego jest coraz powszechniej stosowaną praktyką. Niestety ta praktyka niekoniecznie wynika z niezawodnej dokładności płyty dynamicznej, a bardziej z krótkiego czasu potrzebnego na przeprowadzenia badania.

Zazwyczaj, badanie lekką płytą dynamiczną trwa dosłownie 2-3 minuty. W przeciwieństwie do badania płytą sztywną VSS, które może trwać nawet 1,5 godziny, różnica jest duża. Ponadto, lekka płyta dynamiczna jest wygodna, nie potrzebuje do działania przeciwwagi w postaci koparki lub innego sprzętu budowlanego, który w czasie przeprowadzania badania byłby wyłączony z użytku, jak ma to miejsce w przypadku badania płytą VSS.

Badanie płytą dynamiczną ze względu na swoją specyfikę, określa właściwości gruntu do głębokości ok. 0,3 m. Na podstawie uderzeń obciążnika o stalową płytę umieszczoną na podłożu gruntowym, wyznacza się dynamiczny moduł odkształcenia gruntu (Evd), który następnie przelicza się za pomocą wzoru empirycznego na wskaźnik zagęszczenia gruntu.

Wzór empiryczny, który służy do przeliczania wartości modułu dynamicznego na wskaźnik zagęszczenia gruntu jest mało precyzyjny. Podczas przeliczania trzeba uwzględnić rodzaj kruszywa lub uziarnienie gruntu na którym zostało zrobione badanie, co czasami bywa kłopotliwe. Ponadto, sposób badania podłoża gruntowego płytą obciążaną dynamicznie pochodzi z Niemiec, w Polsce używanie płyty dynamicznej nie jest normowane.

Z powyższych względów lekką płytę dynamiczną można zakwalifikować jako urządzenie do szybkiej, poglądowej kontroli jakości robót ziemnych na budowie. Wykonanie badania płytą dynamiczną daje pewien pogląd na to czy podłoże jest dobrze zagęszczone. Jeżeli chcemy dokładniejsze i bardziej precyzyjne badania powinniśmy przeprowadzić sondowanie gruntu.

Literatura:

• Pisarczyk S., 2005 – Mechanika gruntów. OWPW, Warszawa;
• Tarnowski M., (red.), 2020 – Badanie podłoża budowli, metody polowe. Wyd. PWN, Warszawa;
• PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 – Projektowanie geotechniczne;
• Pisarczyk S., 2014 – Gruntoznawstwo Inżynierskie. Wyd. PWN, Warszawa;
• Pisarczyk S., 2005 – Mechanika gruntów. OWPW, Warszawa.