Badanie nośności gruntu — etapy i metody oceny
Ocena nośności gruntu jest kluczowym etapem projektowania posadowień. Wyniki badań decydują o wyborze rodzaju fundamentu, głębokości jego posadowienia i dopuszczalnym obciążeniu podłoża. Proces badawczy obejmuje etapy: terenowe rozpoznanie podłoża, laboratoryjne oznaczenia parametrów, obliczenia analityczne i — w przypadkach wątpliwych — próbne obciążenia.
Etap 1 — Rozpoznanie terenowe
Pierwszym krokiem jest wykonanie punktów badawczych rozmieszczonych według siatki dostosowanej do kategorii geotechnicznej i wielkości obiektu. Na etapie rozpoznania pozyskuje się:
- profile gruntowe na podstawie wierceń mechanicznych,
- wyniki sondowań CPT lub SPT,
- głębokość zwierciadła wody gruntowej (poziom statyczny i jego wahania sezonowe),
- próbki gruntu do badań laboratoryjnych.
Na nizinach Polski centralnej (region Łodzi, Warszawy, Wrocławia) podłoże często tworzą plejstoceńskie piaski i żwiry z przewarstwieniami glin zwałowych. W strefach dolinnych i na Żuławach mogą występować torfy i namuły o bardzo małej nośności.
Etap 2 — Badania laboratoryjne
Dla próbek gruntu spoistego wyznacza się parametry wytrzymałościowe i odkształceniowe. Do podstawowych oznaczeń należą:
| Badanie | Oznaczany parametr | Norma |
|---|---|---|
| Trójosiowe ściskanie CU | c′, φ′ | PN-EN ISO 17892-8 |
| Bezpośrednie ścinanie | φ′, c′ | PN-EN ISO 17892-10 |
| Edometr | moduł ściśliwości M0, Cc | PN-EN ISO 17892-5 |
| Granice Atterberga | wL, wP, IP | PN-EN ISO 17892-12 |
| Analiza sitowa | krzywa uziarnienia, d10, d60 | PN-EN ISO 17892-4 |
Etap 3 — Obliczenia nośności fundamentu
Obliczeniową nośność gruntu wyznacza się metodami analitycznymi zgodnie z Eurokodami. Eurokod 7 (PN-EN 1997-1) przewiduje podejście tzw. design approach (DA), przy czym w Polsce stosuje się wyłącznie DA2* (ze współczynnikami na opory).
Ogólna formuła nośności fundamentu bezpośredniego (Terzaghi / Hansen / EC7):
R/A′ = c′ · Nc · sc · ic · bc + q′ · Nq · sq · iq · bq + 0,5 · γ′ · B′ · Nγ · sγ · iγ · bγ
gdzie: Nc, Nq, Nγ — czynniki nośności, s — czynniki kształtu, i — czynniki mimośrodu obciążenia, b — czynniki pochylenia podstawy. Wartości tych czynników podane są w załączniku D do PN-EN 1997-1.
Próbne obciążenie płytą (VSP)
Badanie płytą VSP (ang. plate load test) wykonuje się bezpośrednio w wykopie na rzędnej posadowienia fundamentu. Płyta stalowa (zwykle 300 mm lub 600 mm) jest stopniowo obciążana, a osiadania rejestrowane przez czujniki zegarowe. Próbne obciążenie dostarcza bezpośredniej informacji o module odkształcenia podłoża Ev1 i Ev2.
Metoda ma ograniczenie — strefa wpływu płyty sięga zaledwie około 1–2 średnic płyty poniżej jej podstawy, więc nie zastąpi badań całej masy gruntu pod fundamentem rzeczywistym.
Badanie krzyżakowe VST
Sondowanie krzyżakowe (ang. vane shear test) pozwala wyznaczyć nieodwodnioną wytrzymałość gruntów spoistych na ścinanie cu bezpośrednio w odwiercie, bez konieczności pobierania próbek. Metoda jest szczególnie przydatna w miękkich iłach, gdzie pobieranie próbek NNS jest utrudnione. Normę odniesienia stanowi PN-EN ISO 22476-9.
Interpretacja wyników i obliczenia osiadań
Osiadania fundamentów oblicza się metodą edometryczną (z podziałem na warstwy) lub metodą sprężystą według Burmistera. Dla obiektów wymagających precyzyjnej oceny odkształceń, np. mostów lub hal przemysłowych z suwnicami, dopuszczalne osiadanie wyznacza się na podstawie kategorii użytkowej obiektu zgodnie z tabelą A.1 w PN-EN 1997-1.
Szczegółowy zakres dokumentacji zebranej podczas badań przedstawia artykuł Dokumentacja geologiczno-inżynierska — zakres i wymagania.