Polska klasyfikacja gruntów zgodna z PN-EN ISO 14688:2006

W artykule przedstawiono oryginalną propozycję dostosowania polskiej klasyfikacji gruntów według PN-B-02480:1986 (określanej dalej skrótem PN) [5] do nomenklatury wymaganej przez PN-EN ISO 14688-1:2006 (określanej dalej skrótem ISO) [8]. Uzasadniono w nim, że polska klasyfikacja gruntów na podstawie uziarnienia oraz odpowiadającego mu makroskopowego rozpoznania gruntów spełnia wymagania dotyczące zasad i metodyki rozpoznawania gruntów według PN-EN ISO 14688:2006 [8, 9]. Polska klasyfikacja gruntów powinna być po wprowadzeniu drobnych zmian, o czym później, wprowadzona do stosowania w ramach PN-EN ISO 14688:2006 [8, 9] przez umieszczenie jej w załączniku krajowym do tej normy.

Przesłanki przyjęcia krajowej klasyfikacji gruntów według uziarnienia są następujące:

– jak wykazują przykłady, klasyfikacja gruntów na podstawie uziarnienia według trójkąta ISO nie spełnia cech dobrej klasyfikacji i w wielu przypadkach jest sprzeczna z wymaganiami pierwszej części normy [8];

– klasyfikacja według normy [5] jest spójna z opisem makroskopowym wyszczególnionych w niej gruntów, ponadto jest prosta i łatwa do zapamiętania, nawet dla początkujących geotechników; 

– klasyfikacja według [5] uwzględnia specyfikę typowych gruntów występujących na obszarze Polski;

– dla gruntów wyszczególnionych w klasyfikacji PN [4] podaje wiele właściwości fizycznych i charakterystyk gruntów, przydatnych w projektowaniu obiektów na podłożu kategorii geotechnicznej I (według Eurokodu 7 [10]), przechodząc na nową klasyfikację dane te utracą swoją wartość;

– przestawienie się geotechników na całkowicie nową klasyfikację będzie wymagało pewnego rodzaju rewolucji myślowej, ogromnie utrudni zachowanie ciągłości pojęć i tzw. zwyczajnego wyczucia gruntu, a ponadto niezwykle utrudni wykorzystywanie archiwalnych dokumentacji geotechnicznych;

– trójkąt ISO,  znajduje się w załączniku normy [9], jest to załącznik informacyjny,zatytułowany „Przykład klasyfikowania gruntów jedynie na podstawie składu granulometrycznego”, a zatem nie jest on obligatoryjny. W domyśle – można stosować inne klasyfikacje, spełniające zasady  ustalania nazw gruntów podane w normie [8]; sformułowanie „jedynie na podstawie składu granulometrycznego” oznacza, że ta klasyfikacja nie musi być spójna z opisem makroskopowym gruntu; jeśli norma dopuszcza odrębność opisu makroskopowego i klasyfikacji na podstawie uziarnienia, tzn. akceptuje sytuację, że opis makroskopowy, który norma uznaje za podstawowy, nie będzie weryfikowalny na podstawie badań uziarnienia.

Powstało zatem zasadnicze pytanie – czy polska klasyfikacja według [5] spełnia wymagania [8] i czy mogłaby być nadal stosowana? Odpowiedź jest zdecydowanie twierdząca. Nazwa gruntów w klasyfikacji według [5] pochodzi od frakcji głównej, określającej właściwości inżynierskie gruntu. Frakcja drugorzędna i kolejne akcentują   swój wpływ na właściwości inżynierskie gruntu. Uznano zatem, że uprawnione powinno być stosowanie klasyfikacji według [5] po przedstawieniu jej w symbolice zgodnej z wymaganiami  [8] i wprowadzeniu nieznacznych korekt.

Rys. Trójkąt klasyfikacyjny Fereta według PN-B-02480:1986 [5] z symboliką nazw gruntów według PN-EN ISO 14688-2:2006 [9]

Uzasadnienie symboliki gruntów według ISO w gruntach wyszczególnionych w klasyfikacji PN

Według normy ISO do gruntów gruboziarnistych należą żwiry i piaski. Ich frakcją główną, tj. frakcją o przeważającej  masie, jest żwir lub piasek  bądź określona dokładniej podfrakcja np. żwiru średniego lub piasku drobnego. Frakcję drugorzędną ilastą ujawnia się przy jej zawartości powyżej 4% (według trójkąta ISO). Według PN do gruntów gruboziarnistych należą żwiry i pospółki. W celu uzgodnienia z terminologią i symboliką ISO pospółki przyjmą nazwę piasku żwirowego; do grupy tej należy dołączyć wszystkie piaski, zajmujące obszar na dole trójkąta klasyfikacyjnego Fereta (według PN są to piaski, piaski pylaste i piaski gliniaste). We wszystkich tych gruntach gruboziarnistych frakcję główną makroskopowo (według ISO i PN) rozpoznaje się po przeważającej masie. Frakcję drugorzędną pylastą lub ilastą ujawnia się, jeśli masa cząstek drobnych (poniżej 0,063 mm) spełnia kryteria zawarte w rozdziałach 5.6, 5.7, 5.8 i 5.9 [8].

Pozostałe grunty wyszczególnione na trójkącie Fereta, tj. według PN gliny, gliny zwięzłe, iły, należą do grupy gruntów drobnoziarnistych  (zgodnie z ISO i PN). W tej grupie gruntów frakcję główną rozpoznaje się makroskopowo według kryteriów zawartych w rozdziałach 5.6, 5.7, 5.8 i 5.9 [8].

Zgodnie z przedstawionymi kryteriami w pyłach piaszczystych i pyłach frakcją główną jest frakcja pyłu (Si), a w glinach, glinach zwięzłych i iłach frakcją główną jest frakcja iłu (Cl). Frakcję drugorzędną – zawartość piasku, pyłu iłu – rozpoznaje się makroskopowo, również według kryterium opisanym w rozdziale 5.9 [8]. Zgodnie z nim Gp, Gpz, Ip otrzymują jednakowy symbol saCl, a grunty Gp, Gpz i Ip otrzymują jednakowy symbol siCl. Grupa pośrednia tych gruntów, czyli: G, Gz, I, otrzyma w zapisie ISO symbol Cl.

Powstał problem, jak zróżnicować trzy grunty o symbolu saCl (Gp, Gpz, I), trzy grunty o symbolu siCl (Gp, Gpz i Ip) i trzy grunty o symbolu Cl (G, Gz, I). Połączenie tych gruntów w jedną grupę wydaje się całkowicie nieuzasadnione, gdyż na pewno  inne parametry mechaniczne ma glina, a inne ił. Dla zróżnicowania tych gruntów proponuje się wykorzystać – dopuszczony przez PN-EN ISO 14688-1:2006 – termin podfrakcji. Norma ISO dopuszcza stosowanie przy tworzeniu nazwy gruntu dokładniejszego określenia frakcji głównej terminem jej podfrakcji opisanym przymiotnikiem: gruba (C), średnia (M), drobna (F).  W tym przypadku zastosowano ten termin do dookreślenia frakcji iłowej: CCl – gruby ił dla glin, MCl – średni ił dla glin zwięzłych, i FCl – drobny ił dla iłów. Zapis gruntów w symbolice ISO przedstawiono na rysunku oraz  w tab. 1 i 2.

Tab. 1 Podział gruntów gruboziarnistych (żwirów i piasków) ze względu na uziarnienie (por. rys.)

Tab. 2 Podział gruntów drobnoziarnistych (pyłów i iłów) ze względu na uziarnienie (por. rys.)

Bardziej adekwatne byłoby użycie określenia dla symboli: CCl – słaby ił, FCl – mocny ił. Gruby (słaby) ił CCl ma krzywą uziarnienia położoną najbliżej frakcji pyłowej, tzn. znajduje się w strefie najgrubszej frakcji iłowej (najmniejsza zawartość frakcji iłowej). Odpowiednio drobny (mocny) ił FCl  ma krzywą uziarnienia położoną najdalej od frakcji pyłowej, tzn. wchodzi najgłębiej we frakcję iłową (największa zawartość frakcji iłowej). Zachowując jednak nazewnictwo ISO, pozostawiono określenia: gruby, średni, drobny.

Wprowadzono dodatkowe zmiany, aby dostosować klasyfikację według PN do wymagań zawartych w normie ISO. Są one następujące:

– przeniesiono piasek gliniasty (PN) – piasek ilasty (ISO) do tab. 1 z gruntami gruboziarnistymi;

– podwyższono kryterium zawartości frakcji iłowej, z przyjętego w PN f_i ≥ 2% do przyjętego w normie ISO (na trójkącie ISO) Cl ≥ 4%;

– obniżono kryterium zawartości frakcji iłowej, z przyjętego w PN f_i >10% do przyjętego w normie ISO (na trójkącie ISO) Cl>8%;

– wprowadzono w obszarze pyłów piaszczystych według PN dwa grunty, które w oznaczeniach ISO mają postać: saclSi (pył ilasto-piaszczysty) o zawartości frakcji iłowej Cl ≥ 4% i  saSi (pył piaszczysty) o zawartości Cl 4%, oraz w obszarze pyłów według PN dwa grunty, które w oznaczeniach ISO mają postać: clSi (pył ilasty) o zawartości frakcji iłowej Cl ≥ 4% i Si (pył) o zawartości Cl 4%. To zróżnicowanie nazw będzie także zgodne z rozpoznaniem makroskopowym według PN, gdzie w piaskach gliniastych, pyłach piaszczystych i pyłach wydzielono dwie grupy tych gruntów: mniej spoiste o zawartości frakcji iłowej f_i< 5% i  bardziej spoiste o f_i = 5–10%.

Tab. 3 Opis makroskopowy gruntów gruboziarnistych (żwiry, piaski)

Tab. 4 Opis makroskopowy gruntów drobnoziarnistych (pyły i iły)

Należy zwrócić uwagę, że w klasyfikacji zarówno według PN, jak i ISO występuje frakcja iłowa zredukowana, tj. odniesiona do części gruntu, z tym że w klasyfikacji PN jest ona liczona względem masy gruntu bez frakcji żwirowej i kamienistej, a w klasyfikacji ISO jest liczona względem masy gruntu bez frakcji kamienistej. Po redukcji, według powyższych zasad, zawsze będzie występowała nierówność f_i’ > Cl’, a zatem zmiana kryterium zawartości frakcji iłowej zredukowanej z f_i’ ≥ 2% według PN na Cl’ ≥ 4% według ISO będzie nieistotna po przeliczeniu f_i’ na Cl’. 

W tab. 1 i 2 przedstawiono kryteria liczbowe zawartości frakcji w wyszczególnionych gruntach z uwzględnieniem powyższych zmian.

W tab. 3 i 4 zestawiono kryteria analizy makroskopowej wyszczególnionych gruntów, są one zgodne z normą PN i normą ISO. W celu wykazania tej zgodności dodano zapisy rozpoznania według ISO, aby widoczne było, że kryteria w obu normach są jednakowe. W normie PN dodatkowym kryterium rozpoznania spoistości jest próba rozmakania, a w normie ISO – próby wytrzymałości i dylatancji.

Należy zwrócić uwagę, że zmiana granic podfrakcji według ISO – zmiana w piaskach z 0,25 mm na 0,2 mm i z 0,5 mm na 0,63 mm – powoduje rozszerzenia zakresu frakcji piasku średniego i zmniejszenie zakresu piasków drobnych i grubych.

Tab. 5 Nazwy gruntów wyszczególnionych w  PN-B-02480:1986 zapisane zgodnie z nomenklaturą PN-EN ISO 14688-1:2006

W tab. 5 zestawiono nazwy gruntów wyszczególnionych w polskiej klasyfikacji PN-B-02480:1986 i ich zapis zgodny z nomenklaturą PN-EN ISO 14688-1:2006.

dr inż. Anna Gołębiewska Geoteko 

Literatura

1. A. Dąbska, A. Gołębiewska, Podstawy z geotechniki. Zadania według Eurokodu 7,Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2012.

2. A. Gołębiewska, Uwagi krytyczne do klasyfikacji gruntów według PN-EN ISO  14688:2006, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego nr 446, 2011.

3. A. Gołębiewska, Polska klasyfikacja według PN-B-02480:1986 zgodna z wymaganiami PN-EN ISO 14688:2006, Acta Scientiarum Polonorum, „Architectura” nr 11 (3)/2012.

4. PN-B-03020:1981 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie. Obliczenia statyczne i projektowanie.

5. PN-B-02480:1986  Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.

6. PN-B-02480 załącznik 1 do normy PN-86/B-02480 – zaktualizowany w 1998 r.

7. PN-88/B-04481 Grunty budowlane. Badania próbek gruntów.

8. PN-EN ISO 14688-1:2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis.

9. PN-EN ISO 14688-2:2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 2: Zasady klasyfikowania.

10. PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne.

Uwaga: Obszerne fragmenty artykułu pochodzą z [3] autorki.