Historia budownictwa łączy się nierozerwalnie z fundamentowaniem na słabonośnych podłożach oraz modyfikacją właściwości tych gruntów. W poszukiwaniu coraz skuteczniejszych i ekonomiczniejszych metod posadawiania obiektów inżynierskich rozwinięto wiele technik polepszających podłoże: od klasycznej wymiany gruntu i wstępnego obciążenia począwszy do rozwiązań nowoczesnych, jak zagęszczanie za pomocą wybuchów, wibroflotacji, konsolidacji dynamicznej czy silikatyzacji. Potrzeba coraz większego uprzemysłowienia procesów budowlanych zmusza do stosowania pewnych materiałów w celu zupełnie różnych od znanych z życia codziennego oraz współpracy z nowymi gałęziami przemysłu, które dotychczas nie były związane z budownictwem. Obiekty infrastrukturalne takie jak nasypy drogowe, kolejowe, wały ppow. itp. są sytuowane z racji uwarunkowań lokalnych coraz częściej na terenach uznawanych jeszcze nie tak dawno za nieprzydatne do zabudowy. Do tego, jeżeli jeszcze dodamy warunki przetargowe oparte na kryterium 100% ceny otrzymujemy konieczność dokonania optymalizacji kosztowo-organizacyjnej całego przedsięwzięcia inwestycyjnego. Powyższe względy, pomijając racjonalność i zdrowy rozsądek, narzucają wykorzystywanie w nasypach niemal wszystkich gruntów miejscowych, a niejednokrotnie materiałów odpadowych. Musimy pamiętać, że grunt to szeroko wykorzystywany materiał konstrukcyjny o zróżnicowanej wytrzymałości na ściskanie, ale właściwie nie mający żadnej wytrzymałości na rozciąganie. W celu zwiększenia tej wytrzymałości, albo jak kto woli – likwidacji tej „przypadłości”, grunt tak samo jak beton może być zbrojony lub uzdatniany (modyfikowany). Stąd też bierze się postulat o dokładne badania podłoża gruntowego oraz o dogłębną interpretację wyników tych badań przed podjęciem jakichkolwiek decyzji. Oczywistą rzeczą jest, że badania podłoża budowli mają kardynalne znaczenie w powodzeniu całej inwestycji. Wyniki badań decydują o poprawności obliczeń nośności i stateczności konstrukcji i powinny dać odpowiedź: czy wzmacnianie podłoża jest w ogóle potrzebne ? Na podstawie tych obliczeń podejmuje się też decyzje o zakresie wzmocnień i wyborze technologii. Tym samym dokładne określenie parametrów fizyko-mechanicznych gruntów podłoża, szczególnie na próbkach klasy jakości A1 (NNS), wykonanych z pełną świadomością celu okazuje się nieodzowne. Dla gruntów organicznych, gdy dochodzi dodatkowo reologia i konsolidacja (przyśpieszenie drenażem pionowym), należy wykonać badania:
kąt tarcia wewnętrznego i kohezji, wilgotności naturalnej, modułów odkształcenia, współczynników konsolidacji Cv , Ch parametrów ciśnienia wody porowej i współczynników Ψ, υ.Nasyp posadowiony na gruntach słabonośnych (wysadzinowych), np. gruntach spoistych w stanie plastycznym i płynnym lub gruntach organicznych, powoduje znaczne odkształcenia, które w przypadkach krytycznych przybierają postać wyparcia podłoża związanego z osuwiskiem skarp lub jego zatonięciem ( pogrążaniem się ). Szczególnym przypadkiem są grunty organiczne. Budowie nasypu na gruntach organicznych zawsze towarzyszy intensywne osiadanie, niespotykane przy gruntach mineralnych. Przebieg, charakter i zakres odkształceń zależy od stanu i układu warstw gruntów słabych w podłożu, od wielkości i rozkładu obciążeń przekazywanych przez nasyp, jego kształtu oraz intensywności ich przyrostu.
Rys.1 Schemat odkształcenia słabego podłoża pod nasypem.
Rodzaje ściśliwych podłoży gruntowych. Grunty organiczne są to grunty, w których zawartość substancji organicznej przekracza 2 %. Zaliczane są do gruntów typowo słabonośnych, czyli takich, które pod obciążeniem ulegają znacznym odkształceniom. Charakterystyczną cechą tych gruntów jest niska wytrzymałość na ścinanie i duża ściśliwość i wynika z obecności w ich masie substancji organicznych oraz koloidalnej fazy ciekłej.
Tab. 1. Typowe wartości modułów ściśliwości Mo dla wybranych gruntów organicznych
Zgodnie z normą PN-86/B-02480 wśród gruntów organicznych wyróżnia się:
grunty próchniczne H - grunty nieskaliste, w których zawartość części organicznych jest większa od 2%, i jest wynikiem wegetacji roślinnej oraz obecności mikroflory i mikrofauny, namuły Nm - grunty powstałe na skutek osadzania się substancji mineralnych i organicznych w środowisku wodnym (rozróżnia się: namuły piaszczyste Nmp -mające właściwości gruntu niespoistego oraz namuły gliniaste Nmg - odpowiadające gruntom spoistym), gytie Gy - namuły z zawartością węglanu wapnia ponad 5%, który może wiązać szkielet gruntu, nadając mu charakter gruntu skalistego o niskiej wartości Rc, torfy T - grunty powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji części roślin; torfy cechuje na ogół zawartość części organicznych większa od 30%, węgle brunatne WB i kamienne WK - grunty skaliste, powstałe na skutek silnej karbonizacji substancji roślinnych.
Rys.2. Podział gruntów organicznych (PN-86/B-02481)
Poprzez swoją złożoność struktury grunty te nie są w żaden sposób znormalizowane, tj. nie ma zestawień ich parametrów, a badając należy każdorazowo wykonać pełny zakres badań terenowych jak i laboratoryjnych. W podziale gruntów organicznych przyjmowane są kryteria:
zawartość części organicznych Iom, zawartość CaCO3, siedlisko i geneza powstania.Cechą charakterystyczną nieskonsolidowanych gruntów organicznych jest ich prawie zawsze duża wilgotność wn=100 ÷ 2000%, duża porowatość, mała wytrzymałość na ścinanie τf = 5 – 50 kPa, duża ściśliwość oraz znaczna przestrzenna zmienność właściwości fizycznych i mechanicznych, a także zmiany tych właściwości w czasie spowodowane procesami biologicznymi i chemicznymi. Lepsze parametry geotechniczne mają grunty organiczne przykryte nadkładem gruntu rodzimego lub nasypowego o miąższości kilku lub kilkunastu metrów. Ze względu na wrażliwość gruntów organicznych na naruszenie struktury, próbki gruntów do badań laboratoryjnych należy pobierać specjalnym próbnikiem. Próbki o nienaruszonej strukturze (NNS) klasy A1 służą do wykonania wszystkich badań omówionych przy próbkach o naturalnym uziarnieniu i o naturalnej wilgotności oraz do:
oznaczenia ciężaru objętościowego, ciężaru objętościowego szkieletu gruntowego, porowatości i wskaźnika porowatości, oznaczenia zagęszczenia, edometrycznego oznaczenia modułu ściśliwości i modułu odprężenia, oznaczenia cech wytrzymałościowych - kohezji i kąta tarcia wewnętrznego, współczynników konsolidacji Cv , Ch , parametrów ciśnienia wody porowej i współczynników Ψ, υ.Do pobierania tego typu gruntów, bardzo często będących w stanie miękkoplastycznym lub płynnym stosowane są próbniki rdzeniowe. Konstrukcja wszystkich tego rodzaju przyrządów polega na zamknięciu cylindra od góry zaworem, który uniemożliwia dostęp powietrza do komory znajdującej się nad próbką. Zawór umożliwia odpływ powietrza i wody w czasie wciskania stalowego cylindra w grunt. Utrzymanie próbki gruntu w cylindrze w czasie jego wyciągania z otworu wiertniczego możliwe jest wskutek tarcia gruntu o ścianki cylindra oraz różnicy ciśnień pod i nad próbką.
Fot. 1. Widok próbnika rdzeniowego
Każdy typ gruntów organicznych charakteryzuje się odmiennymi właściwościami inżyniersko-geologicznymi. Wynika to przede wszystkim z innych warunków sedymentacji, co sprawia, że charakter substancji organicznej oraz ich właściwości strukturalne, chemiczne, fizykochemiczne, mineralne, fizyczne i wynikające z nich mechaniczne są bardzo zróżnicowane.
Fot. 2. Próbka torfu – przekrój ze świdra
Każdy z gruntów musi być zatem rozpatrywany indywidualnie, zarówno z punktu widzenia oceny ich właściwości, jak i przyczyn ich kształtowania się. Natomiast kwasy humusowe związane z procesami zachodzącymi w substancji organicznej mają wpływ na korozyjność w stosunku do konstrukcji budowlanych – betonowych, żelbetowych i stalowych.
Tab. 2. Własności korozyjne gruntu w zależności od składu chemicznego i domieszek organicznych wg normy BN-66/2330-01
Rozpoznanie składu mineralnego frakcji ilastej gruntów organicznych oraz w niektórych przypadkach zawartości węglanów jest jednym z podstawowych elementów przy ich ocenie jako gruntów budowlanych. Występowanie torfów na świecie związane jest głównie z obszarami stosunkowo chłodnego i wilgotnego klimatu na półkuli północnej. W Europie najwięcej torfowisk znajduje się w obszarach, które były zlodowacone w plejstocenie. Europa zajmuje pierwsze miejsce na świecie pod względem wielkości torfowisk. Występują one na polodowcowych obszarach nad Bałtykiem, wzdłuż południowo-wschodniego wybrzeża Morza Północnego oraz w północnych i środkowych regionach Rosji. W Ameryce Północnej największe siedliska torfowisk znajdują się w Kanadzie.
Tab. 3. Zakresy wartości pH dla wybranych typów torfów
Gytie są jeziornym utworem organicznym osadzającym się w słodkowodnych zbiornikach wód stojących, najczęściej w rynnach polodowcowych oraz jeziorach wytopiskowych. Powstały w holocenie oraz u schyłku plejstocenu. Gytie powstają ze szczątków roślin i zwierząt bogatych w tłuszcze i białka (w przeciwieństwie do roślin, z których powstaje torf, bogatych w węglowodany). Gytie składają się z :
części organicznych, węglanu wapnia oraz części mineralnych bezwęglanowych.W zależności od przewagi jednego z tych składników wydziela się różne odmiany gytii.
Tab.4. Podział gytii
Obszary torfowisk i gytiowisk z zalegającymi namułami, madami lub najczęściej będących konglomeratami tych utworów, a będących w kręgu zainteresowania inżynierskiego wykorzystania do posadowień różnych obiektów budowlanych wymagają specyficznego podejścia już na etapie wstępnego rozpoznania geotechnicznego. Według Eurokodu 7 dla obciążenia pionowego i nasypu ( B/L ≈ 0 ) opór graniczny słabego podłoża (Øu ≈ 0 ) wynosi:
&nb Pozostało jeszcze 90% tekstu