Tematem artykułu są wybrane zagadnienia z Eurokodu 7.2 (PN-EN 1997-2: 2007) w związku z faktem przywołania tej normy w § 9 w Rozp.MTBiGM z dn.25.04.2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych. W Polsce dość powszechnie pokutuje błędna praktyka, że dla potrzeb budowlanych należy wykonać badania geologiczne, które zgodnie z Prawem geologicznym i górniczym wykonuje geolog. Bezpodstawnie są one utożsamiane z badaniami geotechnicznymi – co stanowi dziś anachronizm. Przedstawienie tych nieprawidłowości wymaga przybliżenia związanych z tym pojęć:
geologia - dziedzina nauki zajmująca się historią i budową Ziemi, a szczególnie jej zewnętrznych warstw , geologia inżynierska - dział geologii zajmujący się wpływem działalności technicznej człowieka na przypowierzchniową część skorupy ziemskiej oraz wpływem budowy geologicznej i procesów geologicznych na tę działalność, dokumentacja geologiczno-inżynierska to dokumentacja geologiczna zawierająca rozpoznanie budowy geologicznej podłoża gruntowego oraz prognozę zjawisk i procesów geologicznych i związanych z tym badań gruntów i wód. Zjawiska i procesy geologiczne to np. uskoki tektoniczne, trzęsienia ziemi, makro-osuwiska, tąpnięcia czy procesy krasowe.W żadnym z tych pojęć nie zawiera się zatem działalność mająca na celu określanie skomplikowanych parametrów technicznych gruntów do potrzeb budowlanych, badanych specjalistycznym sprzętem geotechnicznym, co przede wszystkim wymaga bardzo dobrej znajomości mechaniki gruntów. Zajmującą się tym dyscypliną, będącą obecnie specjalizacją uprawnień konstrukcyjno-budowlanych, jest geotechnika - interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki dotycząca badań podłoża gruntowego do celów projektowania, wykonywania i kontroli: budowli ziemnych i podziemnych, fundamentowania konstrukcji budowlanych, dróg, linii kolejowych, lotnisk itp., a powiązana z tym inżynieria geotechniczna zajmuje się projektowaniem i realizacją konstrukcji geotechnicznych. Natomiast dokumentacja geotechniczna to dokumentacja zawierająca szczegółowe wyniki badań geotechnicznych gruntu z określeniem obliczeniowych parametrów geotechnicznych, analizą i obliczeniami oraz ustaleniem geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych we wszystkich kategoriach geotechnicznych. Zagadnienia te są tak bardzo obszerne i istotne, że poświęcono im 2 tomy jednej z 10 ogólnoeuropejskich norm Eurokod 7 - „Projektowanie geotechniczne". Rolą dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, wykonywanej dodatkowo w koniecznych przypadkach, jest uzupełnienie dokumentacji geotechnicznej, jeśli wystąpi potrzeba określania zjawisk i zagrożeń podanych w definicji. Podłoże gruntowe jest częścią przestrzeni znajdującą się w zasięgu oddziaływania budowli, która wraz z fundamentem stanowi integralną całość, a w której rządzą prawa mechaniki, wytrzymałości materiałów i hydrauliki. Określane w badaniach właściwości fizyczne i mechaniczne gruntów mają zatem bezpośredni wpływ zarówno na stateczność obiektu, jak i jego osiadania czy warunki realizacji. Zasięg tej strefy w każdym przypadku może być inny, ale generalnie dla obiektów naziemnych głębokość ta jest nie mniejsza niż 5 m i na ogół nie przekracza 30 m. Dlatego grunty tej strefy stanowią materiał budowlany, który musi być badany w podobny sposób jak inne materiały. Jednak w odróżnieniu od materiałów wytworzonych przez człowieka są one wytworem przyrody, przez co mają szczególnie złożone i skomplikowane właściwości, jakich nie da się ująć w tabelach, wykresach czy aprobatach. Było to powodem kształtowania, a potem powstania mechaniki gruntów będącej gałęzią mechaniki technicznej, której początki datowane są od ok. 230 lat. W ten sposób wraz z rozwojem inżynierii i budownictwa powstała nowa specjalność inżynierii nazwana początkowo geotechnologią, następnie geotechniką, a od wczesnych lat 70. inżynierią geotechniczną, w której mechanika gruntów i skał jest nauką podstawową i z której wywodzi się nowa specjalność zawodowa - inżynier geotechnik.
Rys. 1. Schemat synergii nauk przyrodniczo-technicznych i budownictwa.
Do tego należy jeszcze dodać, że wykonywanie badań właściwości gruntów dla potrzeb budowlanych wymaga odpowiedniego wykształcenia i odpowiednich uprawnień. Tym samym ustalanie geotechnicznych warunków posadowienia jest całkowicie wyłączone z jurysdykcji Prawa geologicznego i górniczego, a ściśle techniczne uprawnienia w zakresie budownictwa nie mogą być nadawane w Ministerstwie Środowiska przez komisje geologiczne nieprzygotowanym do tych zadań absolwentom geologii. Dokumentacje geologiczno-inżynierskie nie mogą przejmować funkcji dokumentacji geotechnicznych, lecz zgodnie z ich zadaniem powinny ograniczać się do prognozy zjawisk i procesów geologicznych mających związek z projektowanym obiektem. Jest to obecnie główne przesłanie do wszystkich Stron inwestycji. Do podstawowych przyczyn nieprawidłowości przy opracowywaniu dokumentacji geotechnicznych i geologiczno-inżynierskich można również zaliczyć niezbyt powszechną znajomość różnicy między zawodem geotechnika a zawodem geologa inżynierskiego. Zawód inżyniera geotechnika został wyraźnie określony w rozporządzeniu Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 10 grudnia 2002 roku w sprawie klasyfikacji zawodów i specjalności na potrzeby rynku pracy. Jest on sklasyfikowany pod numerem 214206 na liście inżynierów budownictwa i ochrony środowiska. Na liście tej bezskutecznie można szukać zawodu geologa inżynierskiego. Sylwetkę inżyniera geotechnika zdefiniowano w załączniku do tego rozporządzenia. Geolodzy inżynierscy od wielu lat wykonują badania gruntu na potrzeby budownictwa, ale mają prawo jedynie do wykonywania badań gruntu i przedstawienia wyników tych badań. Natomiast od kilkunastu lat wyraźne wykazują skłonności do przejmowania typowych czynności projektowych, do których wykonywania są niezbędne uprawnienia projektowe. Z racji wykształcenia przyrodniczego geolodzy inżynierscy nie mogą zdobyć uprawnień projektowych i dlatego często nazywają się geotechnikami, naruszając wyraźnie przepisy rozporządzenia.
Badania podłoży gruntowych. 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. W odróżnieniu od typowej praktyki, badania powinny objąć swoim zakresem także właściwości warstw określanych zwykle ogólnikowo jako „nienośne” (szczególna praktyka stosowana przez geotechników dla np. nasypów niekontrolowanych lub gruntów organicznych), gdyż to one przecież podlegają wzmocnieniu. A ich właściwości fizyko-mechaniczne przed i po wzmocnieniu są podstawą projektowania, wyboru sposobu wzmocnienia podłoża, zbrojenia podstawy nasypu i ustalenia jego optymalnego kształtu poprzecznego. Te same właściwości są niezbędne przy określaniu nośności granicznej zgodnie z normami posadowień bezpośrednich, gdzie używa się modeli sztywno-plastycznych z powierzchnią C-M → f(c,Ø) lub sprężysto-plastycznych z powierzchnią D-P → f(E, υ). Przedstawione w nawiasach właściwości gruntów muszą być znane projektantowi przed przyjęciem jakiejkolwiek koncepcji posadowienia. Z kolei, przy określaniu deformacji podłoża gruntowego, trudno wyobrazić sobie pracę projektanta bez parametrów wytrzymałościowych podłoża ( τf, Mo, M, Ø’, c’). 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.2. Schemat odkształcenia słabego podłoża pod nasypem.
Samo określenie słaby grunt lub podłoże jest pojęciem względnym. W opracowanych wielu wytycznych słabe podłoże definiowane jest jako warstwy gruntu nie spełniające wymagań wynikających z warunków nośności lub stateczności albo warunków przydatności do użytkowania w odniesieniu oczywiście do rozpatrywanego obiektu lub elementu konstrukcji. Nie istnieje tym samym jedno kryterium określające podłoże jako wymagające wzmocnienia. Konieczność wzmocnienia podłoża zależy przede wszystkim od cech podłoża, rodzaju budowli oraz stawianych wymagań. Wymóg ulepszenia słabego podłoża, jego wzmocnienia lub modyfikacji przekroju poprzecznego nasypów wraz z technologią ich wznoszenia pojawia się, gdy :
w podłożu nawierzchni drogowych grunty nie spełniają określonych kryteriów odnośnie rodzaju gruntów i uziarnienia, wskaźnika zagęszczenia Is, modułu odkształcenia E2 oraz stosunku modułów E2 / E1, w podłożu budowli ziemnych zalegają grunty bardzo ściśliwe, o małej lub nietrwałej wytrzymałości oraz niestabilnej strukturze, grunty o małej wytrzymałości ( cu do 15,0 kPa ) i bardzo ściśliwe ( moduł do 5 MPa ), przede wszystkim grunty organiczne i nasypowe ( antropogeniczne ) ; grunty o niestabilnej strukturze ( pęczniejące, zapadowe – lessowe i ulegające deformacjom filtracyjnym – sufozji, podatne na upłynnienie itp. ), tereny osuwiskowe, krasowe i zagrożone deformacjami górniczymi, w podłożu fundamentów budowli zalegają grunty o wytrzymałości i ściśliwości nie zapewniających spełnienia wymagań dotyczących stanów granicznych nośności i użytkowania konstrukcji.Obecnie, w praktyce inżynierskiej, po wprowadzeniu szeregu aktów prawnych i normalizacji, dokonuje się swoista rewolucja. Dotyczy to szczególnie zmiany sposobów badań podłoża gruntowego, projektowania w tym także geotechnicznego, pomiarów parametrów, monitoringu obiektów wznoszonych, a przede wszystkim zmiany mentalności stron procesów inwestycyjnych. Ogólnie, zakres badań powinien umożliwiać określenie i wydzielenie na ich podstawie warstw geotechnicznych z dokładnością odpowiadającą wymaganiom obliczeń nośności i stateczności budowli. Podłoże powinno być rozpoznane do głębokości strefy aktywnej oddziaływania budowli i zakończyć się w warstwie gruntów nośnych. Cechy podłoża należy ustalać każdorazowo na podstawie wierceń lub wykopów badawczych, sondowań i innych badań polowych, badań makroskopowych oraz szczegółowych badań laboratoryjnych. Musimy zdawać sobie sprawę, że to na podstawie tych badań wybieramy odpowiednią technologię wzmocnienia podłoża lub jego uzdatnienie. Od jakości tych badań zależy poprawność wyboru technologii i obliczeń jak również bezawaryjna eksploatacja projektowanych obiektów.
Tab.1. Zalecane metody badań gruntu do wzmocnienia podłoża i fundamentów.
Tab. 2. Zalecane metody badań podłoża i określania parametrów gruntu.|
Badania laboratoryjne powinny objąć swoim zakresem przede wszystkim właściwości fizyko-mechaniczne warstw określanych zwykle ogólnikowo w różnego typu opracowaniach jako „nienośne”. Pozostawianie w tabelach zbiorczych parametrów geotechnicznych warstw słabych bez podania konkretnej wielkości np. kąta tarcia wewnętrznego (Ø), kohezji (c) lub edometrycznego modułu ściśliwości pierwotnej (Mo) uniemożliwia w sposób oczywisty lub co najmniej zaburza normalny proces projektowy ze wszystkimi tego konsekwencjami. W ostatnim czasie następuje zasadnicze przegrupowanie w proporcji badań in situ w stosunku do badań laboratoryjnych. O tym fakcie zadecydował znaczny postęp w konstrukcji nowych urządzeń do badań in situ, poziom interpretacji wyników uzyskiwanych z tych testów oraz badania przeprowadzane w komorach kalibracyjnych. Obecnie badania in situ stanowią zasadniczą część planowanych prac badawczych, umożliwiając ograniczenie kosztownych i czasochłonnych badań laboratoryjnych. Ich zakres i udział w ogólnej liczbie prac jest częstokroć określany na podstawie ekonomicznej analizy ryzyka oraz w zależności od potrzeb wynikających z przeprowadzenia symulacji obciążeń, które będzie przenosiła konstrukcja na podłoże. Powszechność stosowania testów in situ wymaga jednak zrozumienia sensu parametrów, jakie się na ich podstawie wyznacza. Niezbędna jest także orientacja w ograniczeniach stosowanych testów , wynikająca z analizy czynników, które mogą wpływać na mierzone parametry w trakcie wykonywania badań in situ. Często łatwość wykonania badania utożsamiana bywa z łatwością interpretacji dokonanych pomiarów, co jest podejściem nierzadko błędnym. Specyfika testów in situ powoduje również, że w niektórych przypadkach zastosowanie danego testu może ograniczać interpretację wyników tylko do analizy jednego parametru podłoża. Techniki badań in situ są już wszechobecne. W ostatnich latach szczególny rozwój dotyczy technik umożliwiających badanie w miejscu występowania tzw. gruntów słabych, czyli gruntów organicznych, pylastych oraz gruntów strukturalnych, w których odtworzenie rzeczywistych warunków in situ w badaniu laboratoryjnym jest niezwykle trudne.
Uwarunkowania prawne dotyczące procesu rozpoznania podłoża. Artykuł 34 ust. 3 pkt. 2d) i 3d) ustawy Prawo budowlane stanowi, że projekt budowlany powinien zawierać geotechniczne warunki posadawiania obiektów budowlanych. Pełne brzmienie art. 34 ust. 3d pkt.6 - Ustawy Prawo budowlane : Minister właściwy do spraw budownictwa, lokalnego planowania i zagospodarowania przestrzennego oraz mieszkalnictwa określi, w drodze rozporządzenia:
szczegółowy zakres i formę projektu budowlanego, uwzględniając zawartość projektu budowlanego w celu zapewnienia czytelności danych; szczegółowe zasady ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych, uwzględniając przydatność gruntu na potrzeby projektowanego obiektu i jego charakteru oraz zakwalifikowania go do odpowiedniej kategorii geotechnicznej.Ponadto w art.34 ust.3 pkt.2d znalazł się zapis, że projekt architektoniczno-budowlany ma obejmować opinię geotechniczną oraz informację o sposobie posadowienia obiektu budowlanego. Przy opracowywaniu projektu pierwszego rozporządzenia z dnia 24 września 1998 roku w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych, przyjęto, że ustalanie geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych obejmuje głównie czynności projektowe. Są one wymienione dokładnie zarówno w § 3 ust. 1 rozporządzenia starego, jak i nowego rozporządzenia z dnia 25 kwietnia 2012 roku. Badania geologiczno-inżynierskie zawsze były traktowane przez projektantów jako czynności okołoprojektowe, do wykonywania których nie trzeba uprawnień projektowych. Taka interpretacja była właściwa do momentu wejścia w życie przepisów Eurokodu 7 -„Projektowanie geotechniczne"' . Od tego momentu za podstawę wszelkich interpretacji prawa w zakresie geotechniki należy przyjąć przepisy Eurokodu 7. Obowiązek stosowania przepisów Eurokodu 7 wynika nie tylko z powołania pełnego tekstu Eurokodu 7 w rozporządzeniu z dnia 25 kwietnia 2012 roku , ale głównie z przepisów rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 roku wprowadzającego od 1 lipca 2013 roku obowiązek dostosowania prawa budowlanego krajów członkowskich do przepisów zawartych w tak zwanych normach zharmonizowanych. Rozporządzenie z dnia 9 marca 2011 roku wydano we wszystkich językach urzędowych państw Unii Europejskiej i opublikowano w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej. Istotą tego rozporządzenia jest to, że wchodzi ono automatycznie do systemu prawnego państw Unii Europejskiej, bez konieczności implementowania go do Prawa krajowego, jak to ma miejsce w przypadku dyrektyw. Polska w traktacie akcesyjnym zrezygnowała z suwerenności w obszarze swobodnego przepływu towarów i usług. Utworzenie takiego obszaru stanowi podstawowy dogmat Unii Europejskiej. Stąd wspomniane rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Europy, wynikające z Traktatu Akcesyjnego, stanowi Prawo wyższego rzędu w stosunku do ustaw i rozporządzeń krajowych. Jest ono prawem nadrzędnym w stosunku do ustaw Prawo budowlane i Prawo geologiczne i górnicze. Z kolei na podstawie mandatu Komisji Europejskiej M/466 EN z 19 maja 2010 roku wszystkie europejskie normy konstrukcyjne, w tym Eurokod 7, zostały zaliczone do tak zwanych norm zharmonizowanych. Rozporządzenie z dnia 25 kwietnia 2012 roku jako pierwszy dokument prawa budowlanego w Polsce wprowadził w życie przepisy rozporządzenia Parlamentu Europejskiego dotyczące Eurokodów poprzez swój § 9. Dlatego też norma Eurokod – 7 stała się obowiązkowa do stosowania. Należy tutaj podkreślić, że ustalanie geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych, zaliczające się do typowych czynności projektowych, podlega tylko i wyłącznie przepisom prawa budowlanego, natomiast na mocy art. 3 pkt 7) jest wyłączone z przepisów prawa geologicznego i górniczego. Wynika z tego prosty wniosek, że o zakresie poszczególnych dokumentacji geotechnicznych decydują przepisy Eurokodu 7. a nie przepisy rozporządzenia Ministra Środowiska dotyczące zakresu dokumentacji hydrogeologicznych i geologiczno-inżynierskich. Zresztą na próżno szukać w EC - 7 pojęcia dokumentacji geologiczno-inżynierskiej. Stąd dokumentacja ta nie może być prostym dublowaniem dokumentacji badań podłoża gruntowego, lecz tylko i wyłącznie jej uzupełnieniem o nietypowe zjawiska geologiczne, które mogą mieć wpływ na zachowanie się projektowanego obiektu budowlanego. Tak też należy rozumieć przepis § 7 ust. 3 rozporządzenia z dnia 25 kwietnia 2012 roku. Nie przypadkowo użyto w tym paragrafie wyrazu „dodatkowo". Tymczasem praktyka badań podłoża gruntowego jest zdominowana przez geologów inżynierskich, którzy usiłują narzucić administracji architektoniczno-budowlanej swoją interpretację prawa w tym zakresie. Nie ulega żadnym wątpliwościom, że podstawowym dokumentem dotyczącym rozpoznania podłoża gruntowego w procesie budowlanym jest dokumentacja badań podłoża gruntowego, co widać wyraźnie w tablicy 1 stanowiącej załącznik B do polskiej wersji normy europejskiej PN EN 1997-2 zawierającej przepisy Eurokodu 7 w zakresie dotyczącym projektowania geotechnicznego. Zapis ten znajduje potwierdzenie w §3 ust. 3 pkt 2) rozporządzenia z 25 kwietnia 2012 roku.
Tab. 3. Etapy badań podłoża podczas projektowania geotechnicznego, wykonawstwa i użytkowania obiektu [2]
Konieczność rozpoznania podłoża gruntowego występuje w poszczególnych etapach planowania przestrzennego, projektowania, wykonawstwa i Pozostało jeszcze 90% tekstu