W dzisiejszych czasach, badanie geotechniczne gruntu jest standardem, wykonuje się je pod każdego rodzaju budynki czy konstrukcje budowlane. Jeżeli chcesz wybudować jakiś obiekt lub zastanawiasz się nad kupnem działki pod dom, to znajomość podłoża gruntowego jest kluczowa dla dobrania jego odpowiednich parametrów konstrukcyjnych tj. fundamenty. W tym poście, pokrótce omówię na czym polegają badania geotechnicznych gruntu oraz dlaczego warto je wykonywać.
Czym zajmuje się geotechnika
Geotechnika zajmuje się badaniem oraz oceną techniczną gruntu dla celów budowlanych, włączając w to ewentualne prace polepszające parametry mechaniczne tego gruntu. Każda projektowana budowla musi posiadać parametry konstrukcyjne dostosowane do warunków gruntowo-wodnych w miejscu gdzie ma zostać posadowiona. W przeciwnym wypadku, może się zawalić lub ulec uszkodzeniu na skutek nadmiernego osiadania.
Formalności związane z badaniem gruntu pod budowę
W Polsce, badania geotechniczne gruntu są regulowane przez europejską normę PN-EN 1997, czyli Eurokod 7, który przedstawia zasady projektowania geotechnicznego. Eurokod 7 przedstawia zasady dotyczące m.in. zakresu oraz rodzaju badań podłoża, niezbędnych obliczeń potrzebnych do prawidłowego posadowienia budynku oraz kategorie geotechniczne obiektu.
W szerszym aspekcie, Eurokody to zestaw dziesięciu norm europejskich, dotyczących projektowania konstrukcji budowlanych.
Większość badań podłoża gruntowego dla celów budowlanych jest realizowana na potrzeby tzw. projektu budowlanego. Pierwszą rzeczą jaką musi określić projektant to kategoria geotechniczna obiektu, który ma zostać wybudowany. Kategorie geotechniczną, określa się na podstawie konstrukcji tego obiektu w odniesieniu do panujących na danym obszarze warunków gruntowo-wodnych.
Informacji na temat warunków gruntowo-wodnych w miejscu gdzie ma zostać posadowiony nowy budynek, dostarcza opinia geotechniczna, czyli dokument zawierający wyniki podstawowych badań geotechnicznych podłoża gruntowo-wodnego oraz odpowiednie zalecania dla projektanta. Aby sporządzić opinię geotechniczną, konieczne jest wykonanie podstawowych badań polowych, określających litologię gruntu oraz jego parametry fizyczne.
Podstawowe badania geotechniczne gruntu
Realizacja zleceń na potrzeby geotechniki jest stosunkowo prosta, przynajmniej do momentu w którym nie okazuje się że warunki gruntowe są skomplikowane i trzeba przygotować dokumentację geologiczno-inżynierską.
Odwierty na potrzeby geotechniki
Wiercenia to podstawowy rodzaj badań geotechnicznych, wykonywany w celu określenia litologii gruntu. Informacje na temat podstawowej geologii danego obszaru są niezbędne do odpowiedniego zaklasyfikowania gruntu pod względem budowlanym. Poznanie geologii umożliwia pobór próbek gruntu do dalszych badań laboratoryjnych oraz wykonanie dodatkowych badań polowych podłoża gruntowego, jeżeli zachodzi taka konieczność.
Odwierty na potrzeby geotechniki są przeważnie wykonywane małośrednicowym świdrem spiralnym, metodą obrotową, przy użyciu wiertnicy mechanicznej. W zależności od warunków gruntowo-wodnych poznawanych wraz z postępem przeprowadzanego wiercenia, może istnieć konieczność zarurowania otworu. Jeżeli chodzi o jakość próbek gruntu uzyskiwanych przy użyciu takiej metodologii wykonywania odwiertów, jest ona wystarczająca na potrzeby podstawowej geotechniki.
Czasami spotyka się geotechników wiercących metodą okrętną, przy użyciu przenośnego zestawu ręcznego. Tego typu sposób wiercenia jest stosowany głównie w mniejszych firmach ze względów ekonomicznych. W przypadku niektórych specyficznych zleceń, wykonywanie odwiertów geotechnicznych ręcznie jest konieczne, nie wszędzie istnieje możliwość przeprowadzenia badania wiertnicą.
Dlaczego wykonywać dodatkowe badania gruntu
Zbadanie litologii to często pierwszy etap badań polowych. W zależności od tego na jakie grunty natrafimy podczas wiercenia, często zachodzi konieczność wykonania w terenie dodatkowych badań. Przeważnie, chodzi o poznanie wskaźnika zagęszczenia (Is) lub stopnia zagęszczenia (Id), będących miarą zagęszczenia gruntów niespoistych tj. piaski, pospółki lub żwiry.
Grunt na który natrafimy w terenie podczas wierceń, zazwyczaj tworzą osady w postaci piasków. Jeżeli piasek ma stanowić podłoże pod fundament budynku to nie może być luźny. Fundamenty budynku przekazują do ośrodka gruntowego obciążenia, które podłoże gruntowe musi wytrzymać. Jeżeli grunt pod budowę będzie za słaby to istnieje duża szansa że dojdzie do nadmiernego osiadania budynku, a w rezultacie do jego uszkodzenia.
W celu zapobiegnięcia tego typu niepożądanym sytuacjom, należy poznać podstawowe parametry mechaniczne gruntu. Następnie, jeśli zachodzi taka konieczność to wzmocnić podłoże gruntowe poprzez wybranie odpowiedniej metody tj. zagęszczanie gruntu, stabilizacja spoiwami lub stabilizacja mechaniczna. Należy pamiętać, że tego typu prace wymagają obecności wykwalifikowanego geotechnika który będzie mógł ocenić ich rezultaty.
Metody badań geotechnicznych podłoża gruntowego
Sondowanie jest to podstawowe badanie geotechniczne gruntu wykonywane w celu sprawdzenia zagęszczenia osadów niespoistych w podłożu, poprzez wyznaczenie wskaźnika (Is) lub stopnia zagęszczenia (Id). Badanie polega na pomiarze oporu końcówki sondy podczas wbijania, wkręcania lub wciskania w grunt. Metoda jaką wykorzystujemy do zagłębiania końcówki sondującej w podłoże, określa podstawowy podział sposobów sondowania gruntu.
Sondowania dynamiczne
W Polsce najpopularniejszym rodzajem sondowania jest sondowanie dynamiczne. Polega ono na miarowym wbijaniu końcówki sondującej w grunt, za pomocą młota o określonej wadze. Zwykle, końcówka sondująca jest w postaci stożka, posiadającego odpowiednie parametry, chociaż można też używać końcówki cylindrycznej.
Sondy dynamiczne mają napęd pneumatyczny, spalinowy lub ręczny. W przypadku sondy lekkiej, gdzie młot waży 10 kg, popularne są zestawy ręczne. Sondy średnie, ciężkie oraz superciężkie muszą już posiadać napęd mechaniczny, najczęściej w postaci silnika spalinowego.
Samo badanie zagęszczenia gruntu za pomocą sondy dynamicznej jest bardzo proste. Polega na wbijaniu w ośrodek gruntowy metalowych żerdzi zakończonych odpowiednią końcówką. Do wbijania używa się młota zamieszczonego na prowadnicy, który cyklicznie spada z określonej wysokości uderzając w kowadło, po czym jest podnoszony.
Podczas wykonywania badania liczy się ilość uderzeń, potrzebna do zagłębienia się sondy na głębokość 10 cm lub 20 cm w przypadku sondy superciężkiej. Odpowiednie podziałki ułatwiające liczenie udarów sondy, są umieszczone na metrowych żerdziach, systematycznie dokręcanych w miarę zagłębiania się stożka.
Sondowania statyczne
Badanie gruntu za pomocą sondy statycznej, daje dużo więcej informacji na temat parametrów podłoża gruntowego niż sondowania dynamiczne. Używając sondy statycznej możemy uzyskać: stan zagęszczenia gruntu, stopień plastyczności, moduł ściśliwości, wytrzymałość na ścinanie. Możemy także, na podstawie interpretacji pomiarów określić rodzaj gruntu.
Sondowanie statyczne, polega na powolnym wciskaniu końcówki sondującej w postaci stożka, razem z dokręcanymi żerdziami w podłoże gruntowe. Pomiar jest rejestrowany przez stożek, a następnie przekazywany za pomocą kabla znajdującego się wewnątrz żerdzi do komputera.
Sondy statyczne są z reguły urządzeniami dosyć dużymi i ciężkimi, często są montowane na samochodach ciężarowych, przystosowanych do warunków terenowych. Ciężar i gabaryty sondy statycznej są uzasadnione. Możliwość wciskania stożka w podłoże, daje hydrauliczny mechanizm wciskający, którego siła musi zostać zrównoważona odpowiednio dużą masą całej sondy. W przeciwnym wypadku nie będzie możliwe przeprowadzenie badania.
Innym rozwiązaniem są sondy na samobieżnych podwoziach gąsienicowych. Zazwyczaj mają one wielkość zbliżoną do wiertnicy. Tego typu sondy nie są aż tak ciężkie, jak te na samochodach ciężarowych. Dlatego, w celu zrównoważenia siły wciskającej, przytwierdza się je do podłoża gruntowego za pomocą specjalnych kotew.
Rzadko spotyka się sondy statyczne montowane na lekkich przyczepach, z reguły jest to sprzęt pozwalający na przeprowadzanie badania tylko do kilku metrów głębokości. Z tego względu, są one mało praktyczne i wypierane przez powyższe rozwiązania.
Badanie płytą sztywną VSS
Zgodnie z normą PN-S-02205:1998, zagęszczenie gruntu można także określić poprzez wyznaczenie wskaźnika odkształcenia gruntu (I0). Wskaźnik ten uzyskuje się za pomocą badania nośności podłoża gruntowego, używając do tego celu płyty VSS.
W geotechnice, badanie aparatem VSS jest bardzo popularne. Stosuje się je głównie w drogownictwie, ze względu na niewielką głębokość do jakiej może zostać przeprowadzone. Głębokość badania płytą VSS nie przekracza 0,5 m, od poziomu na którym znajduje się płyta. Mimo to, w przypadku infrastruktury drogowej, często taka głębokość jest wystarczająca.
Badanie aparatem VSS, przeprowadza się poprzez dwukrotne obciążenie stalowej płyty, o średnicy 30 cm, leżącej poziomo, na podłożu gruntowym. Obciążenie płyty, przykłada się w dwóch następujących po sobie cyklach, między którymi przeprowadza się odciążenie podłoża. Na podstawie uzyskanych parametrów, czyli modułu pierwotnego (E1) oraz wtórnego (E2), wyznacza się wskaźnik odkształcenia gruntu (I0).
Niestety, jedną z niedogodności związanych z używaniem płyty dynamicznej jest konieczność zastosowania przeciwwagi. W przypadku badania płytą dynamiczna, ponownie mamy do czynienia z siłą wciskającą. Płyta sztywna jest wciskana w podłoże za pomocą siłownika podłączonego do pompki hydraulicznej. Aby sam proces wciskania mógł mieć miejsce konieczny jest punkt podparcia, najczęściej w postaci ciężarówki lub koparki.
Badanie za pomocą płyty dynamicznej
Jest to w Polsce stosunkowo nowy rodzaj badania podłoża gruntowego, który pierwotnie pochodzi z Niemiec. Badanie za pomocą płyty dynamicznej ma wielu zwolenników i wielu przeciwników.
Główne zalety wynikające z użycia płyty dynamicznej, to czas przeprowadzenia badania. Zwykle, jedno badanie trwa ok. 2 min. Dlatego, wielu kierowników budowy wybiera właśnie to badanie, do oceny stanu podłoża. Inną zaletą użycia płyty dynamicznej jest brak konieczności wykorzystania przeciwwagi w celu przeprowadzenia badania. W przeciwieństwie do równie popularnego badania aparatem VSS.
Badanie przy użyciu lekkiej płyty dynamicznej, polega na kilkukrotnym opuszczaniu oraz podnoszeniu obciążnika, znajdującego się na prowadnicy. Obciążnik o wadze 10 kg, uderzając w płytę obciążeniową, znajdującą się na podłożu, generuje jej krótkotrwałe ugięcie. Dokonany pomiar jest przekazywany do elektronicznego miernika, połączonego z płytą obciążeniową za pomocą kabla.
Po wykonaniu trzech uderzeń wstępnych obciążnika o płytę oraz trzech właściwych, urządzenie oblicza tzw. dynamiczny moduł odkształcenia podłoża (Evd). Na podstawie wartości tego modułu, za pomocą wzorów empirycznych, można oszacować wartość wskaźnika zagęszczenia gruntu (Is), który jest miarą zagęszczenia gruntu nasypowego.
Niestety badanie za pomocą lekkiej płyty dynamicznej ma także swoje wady. Przede wszystkim 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.
Podsumowanie
W dzisiejszych czasach, badanie geotechniczne gruntu jest konieczne w przypadku każdej inwestycji budowlanej. Poznanie właściwości ośrodka gruntowego na którym ma zostać postawiony budynek umożliwia dobranie odpowiednich fundamentów. Ponadto, koszty samej inwestycji dzięki znajomości parametrów podłoża, także mogą zostać zredukowane.
Nie wspominając już o zminimalizowaniu problemów, które mogą wyniknąć z braku takich badań. Począwszy od pękających ścian, poprzez zapadające się posadzki wewnątrz budynku, a na zawaleniu się obiektu kończąc.
Kontrolowanie postępu prac ziemnych na budowie, również wchodzi w zakres geotechniki. Badania zagęszczenia gruntu pod posadzki oraz stopy fundamentowe, które często wykonuje nasza firma, pozwalają na jeszcze większe zminimalizowanie ryzyka ewentualnych usterek budynku oraz oszczędzenie nerwów i pieniędzy na naprawy.
Literatura:
- Pisarczyk S., 2014 – Gruntoznawstwo inżynierskie. Wyd. PWN, Warszawa;
- Tarnowski M., (red.), 2020 – Badanie podłoża budowli, metody polowe. Wyd. PWN, Warszawa;
- Bzówka J., Juzwa A., Knapik K., Stelmach K., 2013 – Geotechnika komunikacyjna. Wyd. Politechniki Śląskiej;
- PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 – Projektowanie geotechniczne;
- Pisarczyk S., 2005 – Mechanika gruntów. OWPW, Warszawa.
Chcesz sprawdzić grunt przed budową domu? Dzwoń!
781 007 800