Prawidłowe zagęszczenie gruntu, ile powinno wynosić

Są różne sposoby na wzmacnianie podłoża gruntowego, można używać do tego różnego rodzaju sprzętu dostępnego na budowach, w zależności od potrzeb. Nie każdy jednak wie jakie powinno być prawidłowe zagęszczenie gruntu i jak je sprawdzić. Dlatego w tym tekście odpowiemy na to pytanie oraz opiszemy sprawdzone sposoby jak najlepiej zagęścić grunt.

Co wpływa na prawidłowe zagęszczenie gruntu

Zagęszczenie gruntu ma za zadanie zmianę układu rozmieszczenia ziaren w taki sposób, aby wyeliminować wolne przestrzenie zawarte w gruncie. W ten sposób zwiększa się tzw. gęstość objętościową gruntu, co z kolei wpływa na poprawę nośności podłoża gruntowego.

Nasypy budowlane tworzy się głównie z gruntów niespoistych tj. piaski, pospółki, żwiry. Na łatwość zagęszczenia gruntu wpływają głównie dwa czynniki, uziarnienie oraz wilgotność naturalna gruntu.

Uziarnienie gruntu

Zagęszczenie gruntu przede wszystkim zależy od jego uziarnienia. Jeżeli uziarnienie jest różnorodne to grunt będzie łatwiej zagęszczalny. W sytuacji kiedy mamy piaski posiadające ziarna o mało zróżnicowanej wielkości, grunt będzie trudniejszy do zagęszczenia. Rozkład poszczególnych frakcji w gruncie można sprawdzić za pomocą badań laboratoryjnych, tj. analiza sitowa.

Badania granulometryczne wykonywane za pomocą zestawu sit, służą do badania uziarnienia gruntu, a następnie jago klasyfikacji. Aby przeprowadzić tego typu badanie, na górnym sicie umieszcza się próbkę gruntu o określonej masie, a następnie przesiewa przez kolejne sita.

Znając masę grunt, który pozostanie na poszczególnych sitach można wyznaczyć procentową zawartość frakcji z jakich składa się grunt. W praktyce rzadko kiedy wykonuje się tego typu analizy, zwłaszcza pod mniejsze inwestycje.

Polepszenie właściwości gruntu o jednorodnym uziarnieniu

Jeżeli mamy grunt o jednorodnym uziarnieniu możemy go odpowiednio wzmocnić poprzez wymieszanie z innym gruntem, a najlepiej kilkoma rodzajami gruntu. W ten sposób wykonana mieszanka, powinna mieć na tyle różnorodne uziarnienie, aby łatwo można było uzyskać prawidłowe zagęszczenie gruntu.

Zwiększenie ilości różnych frakcji w gruncie zmniejszy przestrzenie porowe występujące między ziarnami, a tym samym polepszymy zagęszczalność gruntu. Ponadto, frakcja iłowa znajdująca się w gruntach spoistych, po wymieszaniu będzie pełnić funkcje lepiszcza dodatkowo spajając ze sobą większe ziarna i cząsteczki gruntu.

Oczywiście należy pamiętać o zachowaniu odpowiednich proporcji między poszczególnymi frakcjami. Procentowa zawartość frakcji iłowej nie powinna być większa niż 5%. Według Z. Wiłuna (2005), przykładowa mieszanka optymalna gruntu, pod drogę o średnim natężeniu ruchu powinna zawierać:

• 10 – 45% (frakcji żwirowej 20 – 2mm)
• 40 – 70% (frakcji piaskowej 0,05 – 2mm)
• 11 – 15% (frakcji pyłowej 0,002 – 0,05mm)
• 4 – 5% (frakcji iłowej <0,002mm)

Pamiętajmy również, że wykonywanie mieszanek gruntu z samej gliny i piasku, z pominięciem frakcji żwirowej, wpływa niekorzystnie na ich wytrzymałość. Żwir tworzy szkielet nośny w gruncie, poprawiając w ten sposób jego parametry mechaniczne.

Wilgotność optymalna gruntu

Kolejnym czynnikiem mającym wpływ na zagęszczalność gruntu jest jego wilgotność. Najlepiej grunt zagęszcza się kiedy posiada tzw. wilgotność optymalną. Jeżeli grunt jest wysuszony, to potrzeba dużo więcej energii aby go zagęścić. Tarcie wytwarzane między ziarnami jest dużo większe podczas prób jego zagęszczenia, a sam grunt wydaje się bardziej sztywny.

Z drugiej strony wraz ze wzrostem wilgotności grunt traci swoją wytrzymałość i jego struktura staje się bardziej plastyczna. W momencie kiedy grunt posiada wilgotność optymalną, to jego zagęszczanie staje się najbardziej efektywne. Oczywiście w terenie trudno określić wilgotność jaką posiada grunt. Trzeba by było wykonać badania laboratoryjne z zastosowaniem aparatu Proctora.

Należy jednak pamiętać, aby nie zagęszczać gruntu gdy jego wilgotność jest zbyt wysoka. W przeciwnym razie może dojść do zmniejszenia jego wytrzymałości na skutek upłynnienia lub uplastycznienia. Obecność wody gruntowej w podłożu może mieć niekorzystny wpływ na zachowanie się gruntu podczas prób zagęszczenia.

W zależności od tego z jakim gruntem mamy do czynienia (jeżeli chodzi o obecność poszczególnych frakcji) oraz jakiego rodzaju woda w nim się znajduje, grunt może się zachowywać w różny sposób. Niektóre grunty mogą być bardziej podatne na zmiany w ich strukturze a inne mniej.

Upłynnienie gruntu jest procesem, który zachodzi w wyniku zwiększenia ciśnienia wody w porach gruntu pod wpływem jego obciążenia statycznego lub dynamicznego. Obciążenie statyczne może być generowane przez budynek lub walec podczas zagęszczania. Natomiast dynamiczne przez różnego rodzaju zagęszczarki lub przejeżdżające samochody, jeżeli mówimy tutaj o drodze.

Proces upłynniania gruntu polega na stopniowym zmniejszaniu się kontaktu między ziarnami gruntu, co prowadzi do zmiany jego zachowania. Grunt zaczyna przypominać ciecz i rozpływa się na skutek przyłożonego do niego obciążenia. W konsekwencji traci swoją wytrzymałość oraz nośność. Znajdujące się na takim gruncie przedmioty np. zagęszczarka zaczynają po prostu tonąć.

Tego rodzaju zjawisko powstaje przede wszystkim na luźnych gruntach sypkich np. piaski drobnoziarniste.

Prawidłowe zagęszczenie gruntu ile powinno wynosić

Mając na uwadze podatność gruntu na zagęszczanie związaną z jego odpowiednim uziarnieniem oraz wilgotnością, możemy przejść do metod zagęszczania gruntu. Na obszarze Polski, podłoże gruntowe najczęściej tworzą osady piaszczyste. Nasypy budowlane na wszelkiego rodzaju budowach również są w głównej mierze wykonywane z piasku.

Parametrem branym pod uwagę jeżeli chodzi o prawidłowe zagęszczenie gruntów nasypowych jest wskaźnik zagęszczenia gruntu (I_S), a rodzimych stopień zagęszczenia gruntu (I_D). Grunty przygotowane pod budowę muszą posiadać odpowiednio wysoki wskaźnik lub stopień zagęszczenia w zależności od danej inwestycji.

W przeciwnym razie, grunt pod wpływem ciężaru własnego oraz obciążenia od nowo postawionego budynku może zbyt mocno osiadać. Osiadanie jest to normalny proces, który dotyczy praktycznie każdej nowo powstałej inwestycji. Jeżeli jednak grunt będzie zbyt luźny lub nierównomiernie zagęszczony to osiadanie może być zbyt duże, a w konsekwencji może prowadzić do uszkodzenia budynku.

Wskaźnik zagęszczenia gruntu (I_S), podobnie jak (I_D) jest parametrem niemianowanym, a jego wartość z reguły waha się między 0,90 a 1,00. Czasami te wartości są jeszcze wyższe, ale w praktyce rzadko kiedy wartość (I_S) powinna być wyższa niż 0,98. Dla zdecydowanej większości inwestycji budowlanych, wskaźnik zagęszczenia gruntu na poziomie (I_S) 0,98 będzie w zupełności wystarczający.

Jeżeli chodzi o grunty rodzime (ukształtowane przez naturę), rzadko kiedy mają wyższy stopień zagęszczenia (I_D) niż 0,80, jest to bardzo dobra wartość pod niemalże każdą budowę. Przeważnie wartości (I_D) wahają się w granicach 0,40 – 0,60, co jest wystarczające dla mniejszych inwestycji tj. domy jednorodzinne. Klasyfikacja zagęszczenia gruntów niespoistych wg. normy PN-086/B-02480 wygląda następująco:

• 0,00 – 0,33 grunt luźny,
• 0,34 – 0,67 grunt średnio zagęszczony (większość piaszczystych gruntów rodzimych mieści się w tym przedziale),
• 0,68 – 0,80 grunt zagęszczony,
• 0,81 – 1,00 grunt bardzo zagęszczony.

Metody zagęszczania gruntu

Aby odpowiednio wzmocnić grunt i zapobiec nadmiernemu osiadaniu budynku, najczęściej używa się zagęszczarek o różnej masie. Im większa masa zagęszczarki tym większa głębokość na jaką tego rodzaju sprzęt oddziałuje. Wzmacnianie podłoża za pomocą zagęszczarek, polega na wywoływaniu drgań mechanicznych w gruncie.

Drgania te powodują, że ziarna zaczynają się przemieszczać między sobą wypełniając wolne przestrzenie. Na innej zasadzie działa wykorzystywanie walca w celu ubijania podłoża gruntowego. Tego typu sprzęt budowlany pozwala zagęścić grunt w sposób statyczny. Czyli pod wpływem ciężaru przejeżdżającego urządzenia, ziarna gruntu są wciskane między siebie lub łamiąc się wypełniają wolne przestrzenie porowe w gruncie.

Najczęściej zagęszczanie w sposób statyczny wykonuje się pod budowy o większej powierzchni lub pod infrastrukturę liniową. Używanie zagęszczarki pod nową drogę byłoby na dłuższą metę mało ekonomiczne. W pewnych sytuacjach zagęszczania dynamicznego również możemy używać na większą skalę.

Niektóre konstrukcje budowlane potrzebują podłoża o ogromnej wytrzymałości, której nie osiągnie się zagęszczając grunt standardowymi urządzeniami. W tym celu wykorzystuje się ubijaki o masie 10 – 40 ton, które miarowo opuszczane z wysokości kilkunastu lub kilkudziesięciu metrów punktowo zagęszczają podłoże gruntowe.

Bardzo ważne jest aby mieć na uwadze, że usypywanie nasypów budowlanych oraz późniejsze ich zagęszczanie powinno odbywać się warstwami. Pamiętajmy, że zagęszczarki czy walce są w stanie zagęścić grunt do określonej głębokości. Dlatego przy wykonywaniu nasypów budowlanych należy usypywać je warstwami, które mają od 20 do 40 cm grubości, w zależności od sprzętu którym będziemy te warstwy zagęszczać.

Kontrola zagęszczenia gruntu

Jeżeli już prawidłowo zagęściliśmy grunt pod planowaną inwestycję, to pozostaje tylko wykonać kontrolę jego zagęszczenia. Wraz z postępem robót ziemnych wykonuje się dozór geotechniczny aby sprawdzić jakie grunt ma parametry i czy już jest odpowiednio wzmocniony. Badania geotechniczne na wszelkiego rodzaju budowach to w dzisiejszych czasach norma.

Zagęszczenie gruntu wykonuje się za pomocą lekkiej sondy dynamicznej DPL. Badanie to należy do najczęściej wykonywanych badań geotechnicznych i daje bardzo precyzyjne rezultaty jeżeli chodzi o stan gruntu na określonej głębokości. Jeżeli wskaźnik zagęszczenia gruntu jest odpowiedni to można wylewać fundamenty, beton pod posadzki budynku lub inne elementy konstrukcyjne danej inwestycji.

Nośność podłoża gruntowego można także sprawdzić innymi sposobami wykorzystując do tego ugięciomierze w postaci płyty VSS lub lekkiej płyty dynamicznej. Tego typu urządzenia są wykorzystywane głównie w celu badania gruntu pod drogi, lub posadzki budynków. Wynika to z tego, że ich możliwości zbadania gruntu ograniczają się do niewielkiej głębokości, nie przekraczającej 0,5 m p.p.t..