Grunty wysadzinowe – czym są i jak sobie z nimi radzić

Grunty wysadzinowe, czy inaczej wysadziny mrozowe jest to problem, z którym boryka się wiele osób chcących postawić dom na swojej działce. Aby przeciwdziałać powstaniu tego typu zjawiska, przede wszystkim należy ocenić czy na danym obszarze istnieje ryzyko wysadzin oraz odpowiednio wykonać fundamenty.

Strefa przemarzania gruntu

Wysadziny mrozowe są powodowane przemarzaniem gruntu. W czasie zimy temperatura powietrza znacznie spada poniżej 0°C, powodując powstanie strefy przemarzania gruntu. Strefa ta może sięgać do różnych głębokości w zależności od wielkości i długotrwałości mrozu na danym obszarze. Głębokość do jakiej dochodzi temperatura 0°C, określa wielkość strefy przemarzania gruntu.

Polska, wg. normy PN-81/B-03020, została podzielona na strefy przemarzania gruntu, których głębokość do jakiej dochodzą waha się w granicach 0,8 – 1,4 m pod powierzchnią ziemi. Najpłytsza strefa przemarzania gruntu znajduje się w zachodniej części kraju i wynosi zaledwie 0,8 m. Natomiast, najgłębsza występuje na północno wschodnim krańcu Polski, w okolicach Ełku oraz Pojezierza Suwalskiego.

W jaki sposób powstają wysadziny mrozowe

Sam proces powstawania wysadzin jest związany z utrzymującym się przez dłuższy okres czasu mrozem. Jednak nie ma on bezpośrednio związku z zamarzającą wodą, znajdujących się w zasięgu strefy przemarzania gruntu. Zwiększenie objętości wody poprzez jej zamarznięcie jest zbyt małe aby mogło prowadzić do powstawania wysadzin mrozowych.

Zjawisko wysadzin mrozowych jest związane ze zjawiskiem przemieszczania się wody w ośrodku gruntowym na skutek występujących w nim różnic temperatur. Woda słabo związana z cząsteczkami gruntu np. błonkowata lub kapilarna, przemieszcza się z miejsc o wyższej temperaturze do miejsc o niższej temperaturze. Powoduje to zwiększenie objętości wody w porach gruntowych oraz powstawanie soczewek lodowych.

Kryształki lodu, które się tworzą w strefie przemarzania, gdzie panuje niższa temperatura, podciągają wodę błonkowatą oraz kapilarną, która znajduje się poniżej. W sytuacji kiedy woda kapilarna ma kontakt ze zwierciadłem wody gruntowej, ubytki powodowane przez podciąganie wody kapilarnej i błonkowatej do wyższych stref gruntu są na bieżąco odnawiane.

Zjawisko to powoduje stopniowe powiększanie się soczewek lodowych obecnych w gruncie oraz zwiększanie wilgotności gruntu. Największy wzrost objętości kryształów lodu zachodzi na dole strefy przemarzania, gdzie ubytki wody są najszybciej uzupełniane poprzez podsiąkanie kapilarne. Oczywiście aby powstawanie wysadzin gruntowych miało miejsce, cały opisany powyżej proces musi odpowiednio długo trwać, a grunt spełniać określone kryteria.

Grunty wysadzinowe – czym się charakteryzują

Aby w danym gruncie mogło zaistnieć zjawisko wysadzinowości mrozowej, musi zostać spełnionych kilka warunków:

• utrzymująca się przez dłuższy okres czasu niska temperatura powietrza
• duża wilgotność gruntu i płytkie zwierciadło wód gruntowych
• grunt musi być wysadzinowy, czyli przede wszystkim mieć odpowiedni rozmiar porów, aby woda kapilarna mogła się przemieszczać do góry. Jeżeli pory będą za małe tj. w gruntach spoistych zwięzłych lub zbyt duże jak w piaskach, wysadzinowość mrozowa nie wystąpi.

Jako że nie da się określić wielkości przestrzeni porowej w gruncie, to wysadzinowość określa się biorąc pod uwagę uziarnienie gruntu. W Polsce, najpopularniejszą klasyfikacją określającą wysadzinowość gruntów jest klasyfikacja Zenona Wiłuna (1958). Według tej klasyfikacji, przy ocenie na ile grunt jest wysadzinowy, bierze się pod uwagę jego uziarnienie oraz kapilarność bierną gruntu (H_kb). Kapilarność bierna określa maksymalną wysokość wody w gruncie wypełniającej przestrzenie porowe. W tej klasyfikacji możemy wyróżnić trzy grupy wysadzinowości:

Grupa A

Grunty niewysadzinowe, posiadają kapilarność bierną H_kb< 1,0 m. Tego typu podłoże jest bezpieczne w każdych warunkach klimatycznych oraz wodno-gruntowych. Jeżeli chodzi o uziarnienie, grunty niewysadzinowe zawierają <20% cząstek o wielkości <0,05 mm, oraz <3% cząstek o wielkości <0,02 mm.

Przykładowymi gruntami w tej grupie są: żwiry, pospółki oraz piaski, w których frakcji pyłowej jest <20%, a cząstki o frakcji iłowej prawie nie występują.

Grupa B

Grunty wątpliwe, w których kapilarność bierna wynosi H_kb<1,3 m. Ponadto, grunt wątpliwy zawiera <20 – 30% cząsteczek <0,05 mm, oraz <3 – 10% cząstek <0,02 mm.

Do tej grupy możemy zaliczyć: bardzo drobne piaski, piaski pylaste i piaski humusowe. Jeżeli chodzi o kapilarność bierną tych gruntów, to wynosi ona 1 – 1,3 m.

Grupa C

Grunty wysadzinowe, kapilarność bierna tych gruntów wynosi H_kb>1,3 m. Do tej grupy należą grunty, które zawierają >30% cząstek <0,05 mm, oraz >10% cząstek <0,02 mm.

W tej grupie występują wszystkie grunty spoiste i namuły organiczne. W pewnych wyjątkowych sytuacjach, kiedy grunty te są w stanie półzwartym lub zwartym i zalegają wysoko ponad zwierciadłem wody gruntowej oraz nie są zawilgocone, grunty te nie są wysadzinowe.

Oczywiście decyzję na temat tego czy grunt znajdujący się na działce budowlanej jest wysadzinowy czy nie, podejmuje geotechnik na podstawie przeprowadzonych badań polowych. Wykonanie badania podłoża gruntowego jest konieczne i powinno być przeprowadzone przed kupnem działki lub przed rozpoczęciem budowy. Projektant, musi wiedzieć na jakie cech środowiska gruntowo-wodnego ma zwrócić szczególną uwagę np. dobierając odpowiednie fundamenty pod budynek.

Konsekwencje związane z budową na gruntach wysadzinowych

Najczęściej wysadziny są widoczne po roztopach zimowych, na wszelkiego rodzaju drogach, gdzie nawierzchnia asfaltowa pod naporem wysadzin mrozowych pęka i unosi się nawet kilkadziesiąt centymetrów do góry. Kolejnym problemem będącym konsekwencją gruntów wysadzinowych na drogach są przełomy. Zjawisko to pojawia się na wiosnę podczas ocieplenia. 

Przełomy powstają, kiedy wzrost temperatury powoduje topnienie lodu znajdującego się w najpłytszej warstwie gruntu, ale głębsze warstwy gruntu dalej pozostają zamarznięte. Woda, powstała na skutek roztopów nie ma gdzie odpłynąć, przez co wilgotność gruntu jest tak duża, że znacznie osłabia to jego wytrzymałość. Asfalt pod naporem kół pojazdów łamie się i powstają przełomy.

Zjawisko wysadzin mrozowych wyraźnie widać w miejscach gdzie są przepusty. Tego typu obiekty, uniemożliwiają napływ wody od dołu do gruntu znajdującego się bezpośrednio nad nimi, przez co wysadziny nie mogą powstawać. Dlatego, szczególnie dobrze widać działanie wysadzin mrozowych występujących w ich otoczeniu.

Jeżeli chodzi o budynki, problem z wysadzinami objawia się najczęściej jako uszkodzenia spowodowane podnoszeniem fundamentów. Ma to miejsce wtedy kiedy fundamenty budynku zostały posadowione na gruntach wysadzinowych i znajdują się ponad granicą strefy przemarzania gruntu.

Jak budować na gruntach wysadzinowych

Jeżeli chcemy budować na jakimś obszarze gdzie mamy do czynienia z gruntami wysadzinowymi, najprostszym wyjściem jest posadowić budynek poniżej granicy strefy przemarzania gruntu. Jeżeli budynek chcemy postawić na płycie fundamentowej, która będzie znajdować się płytko pod powierzchnią terenu, należy zadbać o to, aby tego typu fundament miał dookoła odpowiedniej szerokości izolację termiczną.

Tego typu izolacja lub inaczej opaska przeciwwysadzinowa, ma za zadanie nie dopuścić aby strefa przemarzania gruntu sięgnęła pod budynek i spowodowała powstanie pod nim wysadzin.

Można także zabezpieczyć podłoże pod fundamentem przed zamarznięciem za pomocą specjalnych mat lub po prostu wybrać wysadzinowy grunt. Poduszki pod fundamentem w postaci nasypu z piasku skutecznie wyeliminują problemy występowania wysadzin.

Jeżeli chodzi o budowę dróg, to po prostu należy odpowiednio wysoko podwyższyć nasyp budowlany, ponad zwierciadło wody gruntowej. Można także obniżyć wpływ wody na daną drogę poprzez wykonanie odpowiedniego drenażu lub uszczelnienie gruntu pod drogą poprzez wykonania stabilizacji z użyciem cementu. Na zmniejszenie przestrzeni porowej w gruncie duży wpływ będzie miało także odpowiednie zagęszczenie gruntu.