Zrozumienie niepewności w ustalaniu modelu podłoża oraz wartości przyjmowanych parametrów jest istotne dla racjonalnego projektowania, a redukcja ryzyk z tego wynikających jest możliwa poprzez dodatkowe i poprawnie dobrane metody badań.
Badania podłoża budowlanego to proces o charakterze poznawczym, który ma na celu zbadanie, udokumentowanie, ocenę i odpowiednie zaklasyfikowanie oraz określenie stanu rzeczywistego. Ma on prowadzić do uzyskania podstawowych danych o geotechnicznych warunkach posadowienia, niezbędnych do projektowania i wykonawstwa konstrukcji budynków i budowli inżynierskich.
Zapewnienie wymaganej jakości rozpoznania podłoża jest możliwe tylko w sytuacji, kiedy przy doborze metod badań i sposobu interpretacji wyników brana jest pod uwagę naturalna zmienność badanego ośrodka wynikająca z warunków sedymentacji i formowania poszczególnych osadów oraz lokalne uwarunkowania wynikające z historii i diagenezy badanych gruntów.
>> Terenowe metody badań podłoża gruntowego
>> Diagnostyka podłoża budowlanego – dobre praktyki vs. złe nawyki
>> Rozpoznanie warunków geotechnicznych i wykonanie dokumentacji
Fot. © ItziesDesign – stock.adobe.com
Geneza problemu – zmienność ośrodka gruntowego
Proces badawczy w nauce polega mniej na zbieraniu fragmentów wiedzy, a bardziej na zmniejszaniu liczby niewiadomych, które definiujemy w odniesieniu do rozpatrywanego zagadnienia. W opisie podłoża należy zatem dążyć do minimalizacji niepewności wynikających przede wszystkim z przyrodniczego charakteru badanego ośrodka.
Jako podstawę stosowania odpowiedniego podejścia w zakresie rozpoznania podłoża należy przypomnieć – wydaje się oczywiste, ale jakże często pomijane i zapominane – stwierdzenia odnoszące się do skomplikowanych cech gruntu opisanych w podręczniku Mechanika gruntów z 1977 r. [1]:
- „(…) ten sam grunt zasadniczo ma inne właściwości w różnych miejscach (…)”;
- „(…) grunt nie odznacza się liniową lub nawet jednakową zależnością między naprężeniami i odkształceniami (…)”;
- „(…) zachowanie się gruntu zależy od naprężeń czasu i otoczenia (…)”;
- „(…) większość gruntów jest wrażliwa na zaburzenia, jakich doznaje podczas pobierania próbki i dlatego zachowanie się próbki gruntu badanej w laboratorium może różnić się od zachowania się gruntu w terenie (…)”;
Przytoczone opisy wskazują, z jak złożoną materią mamy do czynienia. Grunt jako ośrodek naturalny jest trudniejszy do opisu i parametryzacji niż typowe materiały budowlane wytwarzane, tj. stal czy beton, gdzie właściwości użytkowe są bardzo precyzyjnie wyznaczane, a zakres stosowalności w danej klasie znajduje się w ograniczonym, zazwyczaj wąskim zakresie (np. wytrzymałość). W przypadku gruntów zakres niepewności wynikający z naturalnej zmienności ośrodka w obrębie skali rozpoznania przy często ograniczonym opróbowaniu jest znacznie szerszy, co utrudnia, a niekiedy uniemożliwia poprawne wnioskowanie o poszukiwanych cechach.
Rys. 1. Prezentacja problemu skali rozpoznania podłoża w kontekście wyznaczania reprezentatywnej wartości parametru geotechnicznego gruntu. Rys. opracowanie autora wg [3], za [4]
W procesie poznawczym wychodzimy od modelu budowy geologicznej podłoża w skali regionalnej [2], czyli jednostek geomorfologicznych z zachowaniem następstwa warstw (np. równiny sandrowe), następnie w skali lokalnej uwzględniamy jednostki litogenetyczne (np. piaski fluwioglacjalne). Dalej w procesie rozpoznania przy opracowaniu modelu współpracy budowli z podłożem wskazujemy warstwy w strefie oddziaływania fundamentu według przyjętego klucza (np. stan gruntu), oznaczając dla każdej ustalonej warstwy parametr mechaniczny na próbce, która może zawierać wewnętrzne strefy osłabienia w płaszczyźnie ścięcia czy wręcz spękania, a nawet pustki na poziomie mikrostruktury (rys. 1). Strefa współpracująca z konstrukcją jest zwykle dużo większa niż badana próbka czy też strefa podłoża objęta badaniami „in situ”. W konsekwencji miarodajna wartość parametru jest najczęściej wartością uśrednioną z dużej przestrzeni podłoża.
W dalszej części artykułu:
Geneza problemu – zmienność ośrodka gruntowego cd.
Badania podłoża budowlanego – problemy z interpretacją wyników badań
Tab. Typy litogenetyczne gruntów, ich naturalna zmienność
Cały artykuł dostępny jest w numerze 1/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
dr hab. inż. Tomasz Godlewski, prof. ITB
Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Konstrukcji Budowlanych, Geotechniki i Betonu
Literatura
1. T.W. Lambe, R.V. Whitman, Mechanika gruntów, t. 1 i 2, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1977.
2. L. Marks, A. Ber, W. Gogołek, K. Piotrowska (red.), Mapa geologiczna Polski w skali 1:500 000, PIG-PIB, Warszawa 2006.
3. Q. Chen, A. Seifried, J.E. Andrade, J.W. Baker, Characterization of random fields and their impact on the mechanics of geosystems at multiple scales, „International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics” 36 (2), 2010, s. 140–165.
4. M. Huber, Soil variability and its consequences in geotechnical engineering, PhD thesis, Stuttgart 2013.
