Grunty słabonośne, krótka charakterystyka

Grunty słabonośne to innymi słowy podłoże gruntowe, które jest mało przydatne ze względów budowlanych. Nie koniecznie oznacza to, że tego typu grunt nie nadaje się do celów budowlanych w ogóle. Słabe podłoże gruntowe można w różny sposób ulepszyć bądź wzmocnić. Więcej na temat rodzajów gruntów słabonośnych poniżej.

Kiedy wzmacniamy grunty słabonośne

W realiach dzisiejszego budownictwa istnieje wiele technologii dzięki którym można wzmocnić podłoże gruntowe. Im większa inwestycja budowlana tym z reguły koszty wzmacniania podłoża tracą na znaczeniu. Najczęściej grunt nie spełnia określonych kryteriów kiedy:

• parametry mechaniczne tj. wskaźnik zagęszczenia gruntu (I_s) lub wytrzymałość na ścinanie (C_u) są niewystarczające pod daną inwestycję;
• posiada niestabilną strukturę ze względu na skład chemiczny np. nasypy niekontrolowane lub zawartość substancji organicznej np. torfy;
• mamy do czynienia z gruntami na terenach osuwiskowych;
• podłoże gruntowe znajduje się na terenach krasowych, objętych działalnością górniczą lub pogórniczych.

Grunty organiczne

Zgodnie z nieobowiązującą już normą PN-86/B-02480, grunty organiczne są to utwory, w których zawartość substancji organicznej przekracza 2%. Według ww. normy, do tego typu gruntów można zaliczyć:

• grunty próchniczne (I_om 2 – 5%)tj. gleba, w których zawartość substancji organicznej jest wynikiem wegetacji roślin oraz bakterii odpowiadających za procesy glebotwórcze;
• grunty mineralno-organiczne (I_om 5 – 15%), powstałe poza dolinami rzek 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 – symbol oznaczający zawartość części organicznych w gruncie.

Cechy gruntów organicznych

Grunty organiczne, jeżeli chodzi o ich cechy fizyczne, charakteryzują się dużą ściśliwością oraz małą wytrzymałością, która wynika przede wszystkim z obecnej w nich substancji organicznej oraz cząsteczek koloidalnych. Sprawia to że ciężko jest przewidzieć jak tego typu grunty będą się zachowywać w podłożu budowlanym pod obciążeniem generowanym przez budynek.

Struktura gruntów organicznych jest często nieuporządkowana i charakteryzuje się nieliniowością cech odkształceniowych oraz pozostałych parametrów wytrzymałościowych. Ponadto, tego typu struktura stanowi dodatkową trudność przy poborze próbek gruntu do badań laboratoryjnych. Aby pobrać próbkę gruntu o jak najmniej naruszonej strukturze, zaleca się stosowanie specjalnego próbnika.

Dlatego im grunt organiczny jest bardziej zmineralizowany, a mniej posiada substancji organicznej, tym jego parametry są łatwiejsze do określenia.

Przeważnie skały organiczne są młode i występują płytko pod powierzchnią ziemi, nie jest to jednak regułą. Wiele obecnie stojących budynków zostało posadowionych na podłożu gruntowym, w którym znajdują się warstwy osadów organicznych np. torfu, powstałego w okresie interglacjalnym.

Jeżeli grunt organiczny np. torf, grunt organiczny jest przykryty od wielu tysięcy lat warstwą grubego nadkładu, to jego cechy mechaniczne powinny być na tyle korzystne, że można na nim budować. Ściśliwość takiego gruntu jest zazwyczaj dużo mniejsza niż ściśliwość gruntów organicznych młodszych, występujących płycej.

Należy pamiętać, że ilość działek pod budowę na terenach gdzie znajduje się podłoże utworzone przez grunty mineralne maleje. Dlatego wdraża się różnego rodzaju rozwiązania technologiczne mające na celu umożliwić posadawianie konstrukcji budowlanych nawet na torfowiskach lub gytiowiskach.

Grunty antropogeniczne

Gruntami antropogenicznymi nazywamy grunty powstałe w wyniku działalności gospodarczej i bytowej człowieka. Podstawowy podział gruntów antropogenicznych zaproponowany przez A. Drągowskiego (1979), zakłada wydzielenie trzech zasadniczych grup:

1. Nasypy, czyli grunty powstałe na skutek niszczenia pierwotnej struktury skał poprzez urabianie, transport oraz powtórne zdeponowanie. Z punktu widzenia geotechniki możemy wyróżnić tutaj nasypy budowlane lub niekontrolowane. Nasypy budowlane są wykonywane podczas trwania robót ziemnych na budowie, natomiast nasypy niekontrolowane są traktowane jako grunt przeznaczony do usunięcia z wykopu przed rozpoczęciem prac budowlanych.
2. Odpady technologiczne, powstałe w wyniku produkcji przemysłowej, silnie zróżnicowane pod względem chemicznym i fizycznym m.in. popioły oraz żużle z elektrowni czy osady poflotacyjne.
3. Materiały lub grunty stanowiące odpady bytowe, rolnicze lub budowlane

Dla celów budowlanych tworzy się nasypy wykonywane głównie z piasku, co daje możliwość łatwego wzmocnienia takiego podłoża np. poprzez zagęszczenie, oraz określenia jego parametrów mechanicznych. Często jednak, mamy do czynienia z budową na obszarze, na którym wcześniej istniały już jakieś obiekty budowlane.

Nasyp, który był wykonany pod wcześniejsze budynki, może stanowić dobre podłoże budowlane jeżeli zostanie odpowiednio rozpoznany. Wykwalifikowany geotechnik, na podstawie badań polowych oraz laboratoryjnych, musi ocenić czy istnieje możliwość powtórnego wykorzystania wcześniej usypanego nasypu do celów budowlanych.

Grunty słabonośne, podatne na deformacje filtracyjne

Na skutek oddziaływania wody, niektóre grunty mogą ulegać przekształceniom spowodowanym zmianami w ich strukturze, składzie granulometrycznym, czy wybranych parametrów fizycznych. Najczęściej tego typu deformacje uwidaczniają się jako osiadanie gruntu. Zmiany mogą być spowodowane chemicznym lub mechanicznym oddziaływaniem wody na grunt.

Procesami które prowadzą najczęściej do deformacji filtracyjnych są sufozja oraz upłynnienie gruntu.

Sufozja i przebicie hydrauliczne

Jest to zjawisko, które polega na wymywaniu przez wodę cząsteczek gruntu lub zmianach w ich położeniu względem siebie. Powoduje to zwiększenie się przestrzeni porowych w gruncie i powstawanie deformacji. Najczęściej mają one postać kawern i kanałów w gruncie, które zapadając się tworzą doły sufozyjne. Zwiększenie się przestrzeni porowych prowadzi natomiast do nasilenia się zjawiska sufozji na skutek wzrostu prędkości filtrującej wody.

Dalszy rozwój tego zjawiska wiąże się nieuchronnie z powstaniem przebicia hydraulicznego. Jest to szczególnie niepożądany proces w przypadku grobli i wałów ziemnych, które w ten sposób tracą swoją szczelność i ulegają awarią.

Skutecznym sposobem na wyeliminowanie zjawiska sufozji jest zmniejszenie spadku hydraulicznego, lub zapobiegnięcie aby woda filtrująca przez dany ośrodek gruntowy osiągnęła prędkość krytyczną. Dzięki temu nie będzie w stanie wymywać mniejszych cząsteczek gruntu, tym samym zwiększając światło kanalików przez które przepływa, co prowadzi do nasilenia zjawiska sufozji.

Upłynnienie gruntu

To zjawisko, polega na zwiększeniu ciśnienia wody w porach gruntu pod wpływem jego obciążenia statycznego lub dynamicznego. Obciążenie statyczne jest najczęściej powodowane przez masę jakiegoś obiektu, który znalazł się na podatnym gruncie. Obciążenie dynamiczne może mieć postać drgań, wstrząsów lub innych wibracji oddziałujących na grunt.

Skutkiem ww. obciążeń podłoża gruntowego jest zmniejszenie się kontaktu między ziarnami gruntu, co prowadzi do tego, że grunt zaczyna zachowywać się jak ciecz oraz rozpływać się pod ciężarem znajdujących się na nim przedmiotów lub konstrukcji budowlanych. Podłoże traci nośność a znajdujące się na nim obiekty zaczynają tonąć.

Zjawisko upłynnienia powstaje przeważnie w luźnych gruntach niespoistych, najczęściej w postaci piasków drobnoziarnistych. Najlepszym sposobem na uniknięcie występowania tego zjawiska jest odpowiednie zagęszczenie gruntu.