Technologie i ich skuteczność. Zasady projektowania i wykonawstwa.
Tematyka procesu zagęszczania gruntów i materiałów drogowych jest bardzo złożona, zależna od wielu czynników i wymagająca szczególnego potraktowania, zwłaszcza, że grunty to środowisko niejednorodne. Badania laboratoryjne i polowe prowadzone na odcinkach doświadczalnych wykazały, że od dobrego zagęszczenia gruntów zależy ich nośność i stateczność, a w przypadku gruntów spoistych także większa odporność na działanie wody i mrozu. Tym samym kolejny raz przekonujemy się, że bez geotechniki i znajomości poszczególnych związków i zależności oraz synergii jaka występuje na granicy wielu dziedzin budownictwa nie można skutecznie działać w zakresie zagęszczania. Ze względu na to, że geotechnika jako dziedzina nauk ścisłych obejmuje bardzo szeroki zakres zagadnień teoretycznych i praktycznych związanych z badaniem gruntów budowlanych i poznaniem różnych ośrodków badawczych, to sam proces projektowania i wykonawstwa powinien być poparty doskonałym przygotowaniem rzeszy specjalistów z różnych branż co do znajomości związków zachodzących na granicy ośrodek gruntowy – budowla. Dla prawidłowego rozwiązania każdego zadania geotechnicznego potrzebne jest spełnienie trzech warunków:
ustalenie układu warstw gruntu i ich właściwych parametrów fizyko-mechanicznych, uwzględnienie wszystkich istotnych zjawisk towarzyszących i zastosowanie właściwej metody obliczeniowej.
Rys.1. Schemat związków geotechniki i innych dziedzin budownictwa.
W skład geotechniki jako nauki interdyscyplinarnej wchodzą: gruntoznawstwo, mechanika gruntów i fundamentowanie oraz geologia. Prawidłowy proces prac studialnych i projektowych opierać się powinien na analizach i badaniach począwszy od dobrego rozpoznania warunków gruntowo-wodnych podłoża i możliwości wykorzystywania gruntów z wykopów. Wraz ze wzrostem kubatury wykonywanych robót ziemnych pojawiają się nowe problemy techniczne związane zarówno z projektowaniem, jak i osiągnięciem docelowych parametrów geotechnicznych gruntów. Rozwiązuje się w takich przypadkach szereg zagadnień związanych ze statecznością, odkształcalnością oraz doborem technologii prac gruntowych wraz z uwzględnieniem aspektów ekonomicznych przedsięwzięć budowlanych. Podstawową budowlą ziemną jest nasyp budowlany, który jest wykonany z określonego zagęszczonego materiału zasypowego. Nasypy spotykamy zarówno w budownictwie kubaturowym, jak i budownictwie drogowym. Zasadniczą kwestią w przypadku formowania nasypów jest:
dobór odpowiedniego materiału zasypowego, zaprojektowanie parametrów mechanicznych, zapewniających bezpieczną pracę budowli ziemnej z uwagi na stateczność i odkształcalność, realizacja budowy zgodnie ze sztuką inżynierską, kontrola in-situ uzyskanych parametrów geotechnicznych w odniesieniu do wartości zaprojektowanych.Technologia budowy wielowarstwowych nasypów budowlanych zakłada stosowanie podstawowych zasad technicznych:
nasyp należy wykonywać metodą warstwową, gdzie grubość pojedynczej warstwy zasypowej powinna być dostosowana do sprzętu zagęszczającego, umożliwiającego uzyskanie odpowiednich parametrów, wbudowanie kolejnej warstwy zasypowej nasypu powinno nastąpić po uprzednim osiągnięciu projektowanych parametrów mechanicznych warstwy poprzedniej.Z zasad tych wynika prawidłowość, że formowanie nasypów należy wykonywać warstwami. Każda kolejna warstwa nasypu może być formowana dopiero wtedy, gdy zostaną osiągnięte zaprojektowane parametry mechaniczne warstwy niższej (spągowej).
1. Dokumentacja geotechniczna i geologiczno-inżynierska.
Wszystkie ostatnio dokonane działania związane ze zmianami legislacyjnymi w zakresie geotechniki służą dokładniejszemu i rzetelnemu rozpoznaniu warunków panujących w podłożu. Przenosi się to bezpośrednio na podniesienie bezpieczeństwa wznoszonych budowli. Należy podkreślić, że Ustawa – Prawo budowlane w art. 34, ust 3d, pkt 6 definiuje zawartość projektu budowlanego, wprowadzając pojęcie geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych jako integralnej części projektu architektoniczno-budowlanego. Począwszy od 2011 r. regulacjom prawnym poddano praktycznie cały proces rozpoznania podłoża i przygotowania inwestycji na podstawie projektowania geotechnicznego wyznaczając odpowiednie grupy zawodowe odpowiedzialne za poszczególne fazy i etapy procesu inwestycyjnego. Geotechniczna ocena warunków posadowienia stanowi integralną część projektu budowlanego, służącą do właściwego i bezpiecznego zaprojektowania obiektu na podstawie przeprowadzonego rozpoznania podłoża.
Jest ona ustalana na podstawie wszystkich dostępnych danych geologicznych i geotechnicznych, obejmując :
określenie kategorii geotechnicznej budowli lub jej fragmentów, zestawienie informacji i danych liczbowych właściwości gruntów, zestawienie wartości charakterystycznych i obliczeniowych parametrówgeotechnicznych gruntów w podłożu i w bezpośrednim otoczeniu obiektu.
Warunki posadowienia powinny zawierać zalecenia konstrukcyjne, dotyczące:
wykonawstwa robót ziemnych i fundamentowych, prognozy współoddziaływania konstrukcji z podłożem, zachowania się podłoża w czasie budowy i eksploatacji, danych koniecznych do ochrony gruntów i wód gruntowych przed zanieczyszczeniem.
Ocena geotechnicznych warunków posadowienia może być zawarta w jednej z form opracowania:
opinii geotechnicznej, gdy jest dostępne wystarczające rozpoznanie podłoża, opinii geotechnicznej z uzupełniającymi badaniami (bez robót geologicznych), jeżeli dostępne rozpoznanie podłoża nie jest wystarczające, projektu geotechniczno-konstrukcyjnego stanowiącego część projektu budowlanego.
Zgodnie z zapisami Rozporządzenia MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. (Dz. U z 2012 r. poz. 463), dla obiektów budowlanych wymagających wykonania robót geologicznych, zaliczonych do III kategorii geotechnicznej oraz w złożonych warunkach gruntowych do II kategorii geotechnicznej, poza dokumentacją geotechniczną należy wykonać dokumentację geologiczno-inżynierską, opracowaną według odrębnych przepisów. Istotnym zadaniem jest określenie wartości parametrów geotechnicznych (charakterystycznych i obliczeniowych) wszystkich warstw podłoża (także „nienośnych") z oceną potrzeby redukcji czy modyfikacji tych parametrów w dostosowaniu do konstrukcji i zachowania budowli. Dokumentacja może też zawierać zalecenia rozwiązań konstrukcyjnych lub projekt fundamentów, poparty odpowiednimi analizami obliczeniowymi, oraz prognozę współdziałania konstrukcji z podłożem i jej zachowania w czasie budowy i eksploatacji, ewentualnie wskazówki dotyczące sposobu poprawy lub modyfikacji warunków podłoża oraz wytyczne rozwiązywania problemów geotechnicznych mogących pojawić się w trakcie robót. Zgodnie z § 3 ust 1 rozporządzeniem MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. zakres czynności przy ustalaniu geotechnicznych warunków posadawiania (w zależności od sytuacji projektowej) obejmuje:
kwalifikację obiektu budowlanego do odpowiedniej kategorii geotechnicznej, projektowanie odwodnień budowlanych, barier lub ekranów uszczelniających, ocenę przydatności gruntów na potrzeby wykonywania budowli ziemnych, określenie nośności, przemieszczeń i ogólnej stateczności podłoża gruntowego, ocenę stateczności zboczy, skarp i wykopów i nasypów, ustalenie wzajemnych oddziaływań obiektu budowlanego i podłoża gruntowego, obiektu budowlanego i wód gruntowych, obiektu budowlanego i sąsiadujących z nim innych obiektów budowlanych na różnych etapach budowy i eksploatacji, wybór metody wzmacniania podłoża gruntowego i stabilizacji zboczy, skarp wykopów i nasypów, ocenę stopnia zanieczyszczenia podłoża gruntowego i dobór metody oczyszczenia gruntu.Paragraf 3 ust. 3 rozporządzenia MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. określa formy przedstawienia geotechnicznych warunków posadowienia, wprowadzając pojęcia: opinii geotechnicznej, dokumentacji badań podłoża gruntowego i projektu geotechnicznego. Zarówno forma przedstawienia geotechnicznych warunków posadowienia, jak i zakres niezbędnych czynności dla ich określenia uzależnione są od kategorii geotechnicznej obiektu budowlanego (§ 3 ust. 2 i 4). Pojęcie kategorii geotechnicznej jest kluczowe w przedmiotowym rozporządzeniu MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. Kategorię geotechniczną ustala się w zależności od stopnia skomplikowania warunków gruntowych, konstrukcji obiektu budowlanego, wartości technicznej i zabytkowej obiektu budowlanego oraz możliwości znaczącego oddziaływania obiektu na środowisko (§ 4 ust. 1). W § 4 ust. 2 określone zostały warunki gruntowe w zależności od stopnia ich skomplikowania (proste, złożone, skomplikowane), natomiast § 4 ust. 3 rozporządzenia MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. określa zasady zaliczania obiektów budowlanych do pierwszej, drugiej i trzeciej kategorii geotechnicznej, z uwzględnieniem stopnia skomplikowania warunków gruntowych i pozostałych kryteriów. W zależności od przyjętej kategorii geotechnicznej rozporządzenie MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. określa zakres niezbędnych badań geotechnicznych (§ 6).
Wyniki badań geotechnicznych, zgodnie z uregulowaniami niniejszego rozporządzenia (§ 7), sporządza się w formie:
opinii geotechnicznej (zdefiniowanej w § 8 rozporządzenia) dla wszystkich kategorii geotechnicznych; dokumentacji badań podłoża gruntowego (zdefiniowanej w § 9 zgodnej z PN-EN 1997-2: 2009) dla drugiej i trzeciej kategorii geotechnicznej; projektu geotechnicznego (zdefiniowanego w § 10) dla drugiej i trzeciej kategorii geotechnicznej.Ponadto w § 7 ust.3 rozporządzenia MTB i GM w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych z dn. 25 kwietnia 2012 r. dla obiektów zaliczonych do drugiej kategorii geotechnicznej w złożonych warunkach gruntowych oraz obiektów zaliczonych do trzeciej kategorii geotechnicznej ustawodawca określił konieczność sporządzenia odrębnej dokumentacji geologiczno-inżynierskiej zgodnie z przepisami Ustawy – Prawo geologiczne i górnicze z 9.06.2011 r. Ze względu na zapis w § 9 Rozporządzenia mówiący, iż badania i dokumentacja mają być zgodne z Eurokodem 7, to badania terenowe i pobieranie próbek gruntów do badań laboratoryjnych powinny odpowiadać odpowiednim klasom jakości, czyli od A1 do C5, w zależności od rozpatrywanego parametru fizyko-mechanicznego. Problem odpowiedniego pobierania prób o przelocie ciągłym (rdzeniowy) dotyczy większości opracowań. Należy zwrócić szczególną uwagę na jakość robót geologicznych z uwagi na warunki glacitektoniczne panujące na rozpatrywanym terenie. Chcąc ustrzec się od typowej praktyki geotechnicznej, gdzie nadal (nieprawnie) parametry gruntów są odczytywane z tablic lub są badane na próbkach dostarczanych w woreczkach z naruszoną strukturą i wilgotnością, należy tym bardziej podkreślać ten problem.
Przykładowo zaleca się przyjmowanie następujących głębokości badań:
w przypadkach sprawdzenia stateczności podłoża - 5 m poniżej najgłębszych prawdopodobnych powierzchni poślizgu, przy głębokim posadowieniu obiektów - co najmniej 5 m poniżej przewidywanego zagłębienia podstaw pali, studni opuszczonych, ścianek szczelnych, ścian szczelinowych, innych, w innych przypadkach głębokość rozpoznania można określić podobnie jak dla II kategorii geotechnicznej.W celu wyznaczenia metodą laboratoryjną parametrów fizyko-mechanicznych gruntów każdej wydzielonej warstwy geotechnicznej trzeba przewidzieć pobranie co najmniej sześciu próbek, z użyciem metody A -1 klasy jakości, umożliwiających wykonanie badań parametrów wytrzymałościowych oraz odkształceniowych warstwy (tablica 1).
Tab. 1. Klasy jakości próbek wymagane dla określenia właściwości gruntów [ 11]
Objaśnienia do tablicy 1 : 1 – nienaruszone, 2 – naruszone, 3 – zagęszczone, 4 – przerobione, 5 – odtworzone.
Metoda A - próbki pobierane bez naruszania struktury gruntu z zachowaną wilgotnością i porowatością, Metoda B - próbki z zachowaną wilgotnością i składem ziarnowym, Metoda C - próbki umożliwiające jedynie określenie składu ziarnowego.
Należy dążyć by na próbkach z każdej wstępnie wydzielonej warstwy geotechnicznej wykonać minimum pięć badań trójosiowych lub/i konsolidometrycznych lub innych, przy czym metodyka badań powinna być dostosowana do zadania geotechnicznego. W przypadku warstw mogących mieć jedynie drugorzędny wpływ na wnioski dotyczące podłoża, zakres prac może być zmniejszony. Jeśli warstwy wodonośne występują powyżej poziomu posadowienia (również pali, studni itp.), należy przewidzieć pobranie próbek wody z każdej warstwy w celu zbadania jej agresywności.
Należy również rozważyć potrzebę wykonania badań i pomiarów hydrogeologicznych, a szczególnie:
pobrania próbek gruntów niespoistych w celu określenia ich współczynnika filtracji metodami empirycznymi lub laboratoryjnymi, ob Pozostało jeszcze 90% tekstu