Klasyfikacja gruntów budowlanych – jakie grunty wyróżniamy

Klasyfikacja gruntów budowlanych w geotechnicznej praktyce oraz literaturze jest najczęściej dokonywana na podstawie normy PN-86/B-2480. Norma ta nie jest już w użyciu, została wycofana na rzecz normy PN-B-02481:1998, jednak dalej jest punktem odniesienia w celu klasyfikowania gruntów znajdujących się w podłożu.

Klasyfikacja gruntów budowlanych wg. PN-86/B-02480

Klasyfikacja ta w formie graficznej, przedstawia kilka następujących po sobie podziałów gruntów. Podziały te zostały dokonane na podstawie m.in. pochodzenia, zawartości substancji organicznej, spoistości oraz uziarnienia gruntu.

Grunty naturalne oraz antropogeniczne

Jeżeli chodzi o pochodzenie gruntów, to wg. podanej normy wyróżniamy, grunty naturalne oraz grunty antropogeniczne. Grunty naturalne powstały w wyniku zachodzenia procesów geologicznych, które miały miejsce w przyrodzie. Są one stosunkowo młodą formacją geologiczną w porównaniu do skał znajdujących się dużo głębiej pod powierzchnią ziemi.

Grunt jako produkt wietrzenia skały może powstawać na skutek oddziaływania procesów fizycznych, chemicznych lub organicznych. Wietrzenie fizyczne odbywa się głównie na skutek zmian temperatury w ciągu roku. Jeżeli chodzi o wietrzenie chemiczne jest ono związane z działaniem wody i powietrza.

Wietrzenie organiczne jest skutkiem procesów życiowych zwierząt i roślin. Większość gruntów występująca na terenie Polski, takich jak gliny czy piaski, ma charakter lodowcowy. Wg. naukowców lodowiec, który kilka tysięcy lat temu pokrył teren Polski miał od 500 do 1000 m wysokości.

Wywoływało to nacisk na grunt wynoszący ok. 10 MPa, czyli znacznie więcej niż nacisk obecnych budowli. Dlatego grunty polodowcowe stanowią przeważnie dobre podłoże budowlane. Są to grunty skonsolidowane, w przeciwieństwie do np. gruntów zastoiskowych i organicznych, które najczęściej nie nadają się do celów budowlanych.

Grunty antropogeniczne powstają w wyniku działalności gospodarczej i bytowej człowieka. Mogą to być zarówno grunty nasypowe utworzone specjalnie pod budowę lub grunty w formie odpadów bytowych, przemysłowych oraz rolniczych. Grunty antropogeniczne stanowią również różnego rodzaju odpady technologiczne tj. popioły i żużle z elektrowni lub osady poflotacyjne.

Miejsce powstania danego gruntu

Dalsza klasyfikacja dotyczy gruntów naturalnych, podzielonych na rodzime oraz nasypowe. Podział ten jest związany z miejscem pochodzenia danego gruntu. Jeżeli grunt pozostał tam gdzie powstał np. w wyniku wietrzenia skały pierwotnej, to zalicza się go do gruntów rodzimych np. glina zwietrzelinowa.

W sytuacji kiedy grunt rodzimy był transportowany np. niesiony przez rzekę, po czym utworzył mady, to mamy grunt nasypowy pochodzenia naturalnego. Jeżeli grunt został usypany przez człowieka jako np. wał przeciwpowodziowy, to mamy grunt nasypowy pochodzenia antropogenicznego.

Zawartość substancji organicznej w gruncie

Kolejnym kryterium w ww. klasyfikacji jest zawartość substancji organicznej. Aby określona próbka gruntu mogła zostać zakwalifikowana jako grunt organiczny, musi posiadać więcej niż 2% części organicznych (I_om >2%). W przeciwnym razie mamy do czynienia z gruntem mineralnym. Według ww. normy, do tego typu gruntów można zaliczyć:

• grunty próchniczne (I_om 2 – 5%), najpopularniejszym przykładem takiego gruntu jest gleba, czyli przypowierzchniowa warstwa podłoża gruntowego, ukształtowana przez procesy glebotwórcze;
• grunty mineralno-organiczne (I_om 5 – 15%), najczęściej tego typu grunty powstają w zagłębieniach bezodpływowych;
• namuły (I_om 5 – 30%), powstają na skutek osadzania się substancji mineralnej i organicznej w środowisku wodnym;
• gytie, są to namuły z zawartością węglanu wapnia przekraczającą 5%, powstają przeważnie na dnach jezior lub słodkowodnych zbiorników wód stojących, bogatych w tlen oraz substancję organiczną;
• kreda jeziorna (CaCO₃ >80%), jest to osad jeziorny o właściwościach podobnych do kredy piszącej, substancja organiczna często występuje w postaci fragmentów skorupek mięczaków;
• torf (I_om >30%), jest to skała osadowa powstała z obumarłych i podlegających stopniowemu rozkładowi szczątków roślin, z czasem substancja organiczna zawarta w skale ulega tak silnej karbonizacji że powstaje węgiel brunatny;
• węgiel brunatny i kamienny, są to grunty powstałe w wyniku silnej karbonizacji szczątków roślinnych.

I_om – jest to symbol oznaczający zawartość części organicznych.

Grunty organiczne, najczęściej nie są brane pod uwagę jako potencjalny grunt budowlany. Zawartość substancji organicznej i cząsteczek koloidalnych w gruncie sprawia, że charakteryzują się dużą ściśliwością i małą wytrzymałością na ścinanie. Przez to ciężko przewidzieć w jaki sposób tego typu grunt będzie się zachowywał pod dodatkowym obciążeniem.

Jeżeli mamy w podłożu grunty organiczne sięgające do niewielkiej głębokości to najczęstszą profilaktyką jest wybranie ich podczas robienia wykopu pod fundamenty. W sytuacji kiedy warstwa gruntów organicznych sięga głębiej i nie opłaca się ich usuwać, pozostają do wyboru fundamenty pośrednie.

Odkształcalność podłoża gruntowego

Odkształcalność podłoża gruntowego to kolejne kryterium zastosowane w tej klasyfikacji. Grunty skaliste mogą być lite lub spękane. Charakteryzują się brakiem zmian w objętości oraz nie rozmakają pod wpływem wody destylowanej. Grunty nieskaliste nie spełniają ww. kryteriów. Na terenie naszego kraju niemal wszędzie mamy do czynienia z gruntami rozdrobnionymi na skutek działania procesów geologicznych.

Jeżeli chodzi o grunty nieskaliste to omawiana klasyfikacja dzieli je ze względu na frakcję. Podział gruntów spoistych ze względu na uziarnienie został zobrazowany w sposób graficzny za pomocą tzw. trójkąta Fereta. Na podstawie frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej w danej próbce gruntu, możemy określić rodzaj gruntu.

Podział gruntów nieskalistych na spoiste i niespoiste, którego również dotyczy norma PN-86/B-02480 charakteryzuje dwie grupy gruntów o odmiennych właściwościach mechanicznych. Te odmienne właściwości wynikają z różnic w ich strukturze, związanej z wielkością ziarn gruntu oraz warunkami tworzenia się gruntu.

Za odkształcalność gruntów nieskalistych, odpowiadają parametry fizyczne związane z wilgotnością oraz zagęszczeniem gruntu. W przypadku gruntów niespoistych takich jak piaski, parametrem branym pod uwagę jeżeli chodzi o prawidłowe zagęszczenie gruntów nasypowych jest wskaźnik zagęszczenia gruntu (I_S), a rodzimych stopień zagęszczenia gruntu (I_D).

Jeżeli grunt ma być przygotowany pod budowę to musi posiadać odpowiednio wysoką wartość jednego z powyższych parametrów. W przeciwnym razie grunt pod wpływem własnego ciężaru oraz obciążenia od budynku zacznie się nadmiernie odkształcać. Prowadzi to do osiadania nowo powstałej konstrukcji, a tym samym może prowadzić do jej uszkodzenia.

Wilgotność gruntów piaszczystych decyduje o tym jak łatwo można dany grunt zagęścić. Im grunt jest bardziej such tym stawia większy opór podczas zagęszczania. Jeżeli wilgotność jest zbyt wysoka, struktura gruntu staje się zbyt plasytczna, co także wpływa na zmniejszenie wytrzymałości gruntu. Dlatego grunt powinien mieć tzw. wilgotność optymalną.

W przypadku gruntów spoistych takich jak glina, czy piasek gliniasty, parametrem branym pod uwagę jest stopień plastyczności (I_L). Parametr ten jest bezpośrednio związany z wilgotnością próbki gruntu, im grunt spoisty bardziej wilgotny tym jego konsystencja bardziej przypomina ciecz. Wg. normy PN-86/B-02480, na podstawie ww. konsystencji, można wydzielić stan gruntu: zwarty, półzwarty, twardoplastyczny, plastyczny, miękkoplastyczny i płynny.

Grunt spoisty posiadający konsystencję zwartą odkształca się przy dużych obciążeniach. Często towarzyszy temu powstawanie spękań. Jeżeli grunt ma konsystencję plastyczną, to jest go znacznie łatwiej odkształcić. Nie jest tak atrakcyjny dla celów budowlanych, a odporność na ścinanie dużo gorsza.