FUNDAMENTOWANIE – WYKŁADY

LITERATURA I WAŻNIEJSZE NORMY

Podręczniki i skrypty
1. Z. Wiłun: „Zarys geotechniki” WKŁ, Warszawa
2. E. Dembicki i inni: „Fundamentowanie, t. I i II”. Arkady, Warszawa 1988.
3. E. Dembicki, A. Tejchman: „Wybrane zagadnienia fundamentowania budowli

hydrotechnicznych”. PWN, Warszawa 1981.

4. B. Rosiński: „Fundamentowanie”. Arkady, Warszawa 1978.
5. K. Biernatowski: „Fundamentowanie”. PWN, Warszawa 1984.
6. A. Jarominiak i inni: „Pale i fundamenty na palach”. Warszawa, Arkady 1976.
7. O. Puła, C. Rybak, W. Sarniak: „Fundamentowanie. Projektowanie posadowień”. Dolnośląskie

Wyd. Eduk. (DWE), Wrocław 1999.

8. E. Motak: „Fundamenty bezpośrednie. Wzory, tablice, przykłady”. Arkady, Warszawa 1988.
9. A. Jarominiak: „Lekkie konstrukcje oporowe”. WKŁ, Warszawa 2000.
10. J. Kobiak, W. Stachurski: „Konstrukcje żelbetowe”. Arkady, Warszawa 1989.

Normy
1. PN-81/B-03020. „Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne

i projektowanie”.

2. PN-83/B-03010. „Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie”.
3. PN-83/B-02482. „Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych”.
4. PN-86/B-02480. „Grunty budowlane. Określenia, symbole i opis gruntów”.
5. PN-88/B-04481. „Grunty budowlane. Badania próbek gruntu”.
6. PN-74/B-04452. „Grunty budowlane. Badania polowe” (w przygotowaniu projekt nowej wersji)
7. PN-EN 12699:2002. „Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Pale przemieszcze-

niowe”.

8. PN-EN 1536:2001. „Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Pale wiercone”.

1. WSTĘP

1.1. DEFINICJA FUNDAMENTOWANIA I FUNDAMENTU

Fundamentowanie jest dziedziną budownictwa zajmującą się posadawianiem budowli
i konstrukcji inżynierskich na podłożu gruntowym. Fundamentowanie jest nauką wiążącą
wzajemnie zagadnienia takich dziedzin jak: mechanika gruntów, mechanika budowli, konstrukcje
budowlane (betonowe, żelbetowe, stalowe itp.).

Fundament jest to ta część konstrukcji budowlanej lub budowli, której głównym zadaniem jest
przekazanie wszystkich obciążeń z budowli na podłoże gruntowe. Przekazywanie tych obciążeń
powinno być tak rozwiązane, aby stateczność posadawianej budowli była zachowana, jej osiadania
były równomierne i nie przekraczały wartości dopuszczalnych, a stan naprężenia i odkształcenia
w gruncie nie osiągnęły jeszcze stanu granicznego.

Fundamenty i podłoża gruntowe są bardzo ważnymi elementami konstrukcyjnymi budowli, od
których zależy właściwe i bezpieczne funkcjonowanie całej budowli. Nie bez przyczyny w języku
potocznym przyjęły się takie powiedzenia jak np.: „że coś, jakaś sprawa czy idea, ma solidne
fundamenty” lub z drugiej strony powiedzenie „olbrzym na glinianych nogach” odnosi się z kolei
do czegoś z pozoru wielkiego, ale niestabilnego, mającego słabe fundamenty i przez to
bezwartościowego.

Posadowienie budowli jest zadaniem bardzo odpowiedzialnym, szczególnie przy trudnych
warunkach gruntowych. Ewentualny błąd, nawet błahy, może bardzo niekorzystnie wpłynąć na
pracę całej budowli. Błąd ten objawia się często dopiero po zrealizowaniu budowli, kiedy to
naprawienie go jest bardzo trudne i kosztowne. Stosunkowo łatwo jest w istniejącym budynku np.
wzmocnić lub po prostu wymienić zbyt słabą ścianę, słup, strop lub belkę, natomiast dużo trudniej
wzmocnić za słaby fundament, a jeszcze trudniej wzmocnić za słaby grunt pod istniejącym
budynkiem. Dlatego do projektowania i wykonawstwa fundamentów należy podchodzić ze
szczególnie dużą rozwagą i ostrożnością.

1.2. OGÓLNE ZASADY PROJEKTOWANIA GEOTECHNICZNEGO

Projektowanie fundamentów zalicza się do tzw. projektowania geotechnicznego. Projektowaniem
tym powinny zajmować się inżynierowie geotechnicy. W mniej złożonych geotechnicznie
przypadkach projektowaniem fundamentów mogą zajmować się inżynierowie konstruktorzy
z odpowiednim doświadczeniem i przeszkoleniem geotechnicznym. Najlepiej jeżeli
projektowaniem posadowienia skomplikowanej budowli zajmuje się zespół złożony z inżynierów
konstruktorów i specjalistów geotechników. To, kto powinien się zajmować projektowaniem
fundamentów w dużej mierze zależy od kategorii geotechnicznej obiektu.

Zgodnie z rozporządzeniem ministra infrastruktury w sprawie ustalania geotechnicznych warunków
posadowienia obiektów budowlanych kategorię geotechniczną ustala się w zależności od rodzaju
warunków gruntowych oraz od rodzaju, charakteru i poziomu skomplikowania konstrukcji, a także
wartości obiektu.

1.2.1. Rodzaje warunków gruntowych

Wyróżnia się następujące rodzaje warunków gruntowych:

1) proste warunki gruntowe – występujące w przypadku warstw gruntów jednorodnych,
równoległych do powierzchni terenu (a najlepiej ułożonych poziomo), nie obejmujących gruntów
słabych, organicznych i nasypów niekontrolowanych, przy zwierciadle wody gruntowej poniżej
projektowanego poziomu posadowienia oraz braku niekorzystnych zjawisk geologicznych (np.
osuwisk),

2) złożone warunki gruntowe – występujące w przypadku warstw gruntów niejednorodnych,
nieciągłych, obejmujących grunty słabonośne, organiczne lub nasypy niekontrolowane, przy
zwierciadle wód gruntowych w poziomie posadowienia i powyżej lecz przy braku niekorzystnych
zjawisk geologicznych,

3) skomplikowane warunki gruntowe – występujące w przypadku niekorzystnych zjawisk
geologicznych, zwłaszcza zjawisk i form krasowych (jamy i jaskinie), osuwiskowych, sufozyjnych,
kurzawkowych, glacitektonicznych, gruntów pęczniejących i zapadowych, na obszarach szkód
górniczych, w deltach rzek i na obszarach morskich.

1.2.2. Kategorie geotechniczne obiektów budowlanych

Zgodnie z w/w rozporządzeniem wyróżnia się 3 kategorie geotechniczne:

Kategoria I – obejmuje niewielkie obiekty budowlane o statycznie wyznaczalnym schemacie
obliczeniowym, posadowione na prostych warunkach gruntowych (1-2-kondygnacyjne budynki
mieszkalne i gospodarcze, ściany oporowe i obudowy wykopów do wysokości 2 m, nasypy
budowlane do wysokości 3.0 m).

Kategoria II – obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych warunkach gruntowych,
wymagających szczególnej oceny i analizy parametrów geotechnicznych podłoża (fundamenty
bezpośrednie i głębokie obiektów powyżej 2 kondygnacji, ściany oporowe i inne konstrukcje
oporowe o wysokości powyżej 2 m, głębokie wykopy, wysokie nasypy budowlane, budowle
ziemne, przyczółki i filary mostowe, nabrzeża, zakotwienia gruntowe.

Kategoria III – obejmuje obiekty budowlane posadowione w skomplikowanych warunkach
gruntowych oraz inne obiekty budowlane o nietypowym charakterze i znaczeniu, niezależnie od
stopnia skomplikowania warunków gruntowych (obiekty energetyczne, rafinerie, zakłady
chemiczne, zapory wodne, suche doki, pochylnie, obiekty szkodliwe dla środowiska, budynki
wysokościowe w zabudowie miejskiej, obiekty o głębokości posadowienia powyżej 5.0 m
i z więcej niż jedną kondygnacją podziemną, autostrady i drogi szybkiego ruchu, tunele podziemne,
obiekty zabytkowe i monumentalne).

Projektowaniem posadowień obiektów z I kategorii geotechnicznej mogą zajmować się
inżynierowie budowlani z odpowiednimi uprawnieniami.

Projektowaniem posadowień obiektów z II kategorii geotechnicznej powinni zajmować się
inżynierowie konstruktorzy z odpowiednimi uprawnieniami we współpracy ze specjalistami -
inżynierami geotechnikami.

Projektowaniem posadowień obiektów z III kategorii geotechnicznej powinni zajmować się
inżynierowie geotechnicy z odpowiednimi uprawnieniami we współpracy z inżynierami
konstruktorami.

2. DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA

Do właściwego zaprojektowania fundamentu jakiegokolwiek obiektu lub innej konstrukcji
geotechnicznej niezbędna jest dokumentacja geotechniczna.

2.1. Cel dokumentacji geotechnicznej i zasady jej opracowywania

Dokumentacja geotechniczna lub geologiczno-inżynierska jest to zwarte opracowanie
techniczne, zawierające rozpoznanie budowy geologicznej podłoża gruntowego w rozpatrywanym
rejonie oraz niezbędne parametry geotechniczne gruntów, otrzymane z badań polowych
i laboratoryjnych. Oprócz tego w dokumentacji powinny znaleźć się propozycje i zalecenia
dotyczące sposobu posadowienia planowanego obiektu.

Zakres i zawartość dokumentacji geotechnicznej powinien odpowiadać wymaganiom ogólnym
oraz wymaganiom postawionym przez projektanta posadowienia. Projektant posadowienia najlepiej
wie jakie parametry geotechniczne będą mu potrzebne do obliczeń statycznych i projektu
posadowienia i jakie należy w tym celu wykonać badania geotechniczne, i to on powinien podać
główne zalecenia dotyczące zakresu badań i zawartości dokumentacji geotechnicznej. Należy mieć
na względzie, że badania geotechniczne są dość drogie, dlatego zakres tych badań powinien być
uzgodniony z inwestorem.

W praktyce często powyższa zasada niestety nie jest przestrzegana i realizowana. Często
dokumentacja geotechniczna opracowywana jest zbyt wcześnie i na zlecenie inwestora, wtedy
kiedy nie zostało wyłonione jeszcze biuro, które będzie się zajmowało projektem posadowienia.
Wówczas projektant posadowienia stawiany jest przed faktem dokonanym, gdyż otrzymuje gotową
dokumentację i na podstawie tych danych jakie ona zawiera ma zaprojektować fundamenty obiektu.
Jeżeli ma jakieś wątpliwości co do niektórych parametrów lub brakuje mu jakiś danych może
próbować nakłonić inwestora na przeprowadzenie dodatkowych badań podłoża gruntowego (co
jest raczej trudne) lub wykonać te badania na własny koszt. Dobrym rozwiązaniem, coraz częściej
stosowanym w złożonych warunkach gruntowych, jest ogłaszanie przetargu na projekt i wykonanie
posadowienia. Wówczas firma wykonawcza, dysponująca dużo większym kapitałem niż biura
projektowe, w celu optymalnego i oszczędnego zaprojektowania posadowienia wykonuje badania
podłoża gruntowego na własny koszt. Koszt tych badań stanowi wówczas znikomy procent całego
kontraktu, a może przyczynić się do wygrania przetargu.

W przypadku poważnych obiektów i złożonych warunków gruntowych wskazane jest realizowanie
badań geotechnicznych w dwóch etapach. W pierwszym etapie dokonuje się ogólnego rozpoznania
budowy geologicznej podłoża (rodzaju gruntów, układu i głębokości zalegania poszczególnych

warstw oraz poziomów wód gruntowych). W tym celu wykonuje się kilka otworów wiertniczych
i sondowań oraz analizuje się dokumentacje i otwory archiwalne. Badania te wykonuje się na etapie
przygotowania inwestycji i zleca je inwestor. Opracowana w tym etapie dokumentacja geologiczna
pozwala na przygotowanie zasadniczej koncepcji posadowienia obiektu i opracowanie
szczegółowego programu badań podłoża do etapu drugiego. W drugim etapie zagęszcza się siatkę
otworów badawczych, pobiera próbki gruntów do szczegółowych badań laboratoryjnych, wykonuje
specjalistyczne badania „in situ” np. sondowania statyczne, badania presjometryczne, próbne
obciążenia gruntu, próbne pompowania wody gruntowej itp. Generalnie zakres badań powinien być
taki, aby dostarczył wszystkich danych i parametrów niezbędnych do właściwego i optymalnego
zaprojektowania fundamentu. Zakres tych badań określa projektant posadowienia lub wykonawca
posadowienia.

2.2. Zawartość dokumentacji geotechnicznej

Typowa dokumentacja geotechniczna lub geologiczno-inżynierska powinna zawierać:

1) Opis techniczny, w którym oprócz informacji ogólnych powinny znajdować się: charakterystyka
geologiczna terenu, opis przeprowadzonych badań, opis wszystkich wyodrębnionych warstw
gruntowych wraz z podstawowymi parametrami oraz wnioski i zalecenia dotyczące sposobu
posadowienia obiektu oraz informacje o ewentualnych zagrożeniach.

2) Plan sytuacyjny z zaznaczonym zarysem obiektu, punktami badawczymi i przekrojami
geotechnicznymi (przykładowy plan sytuacyjny – rys. 2.1).

3) Przekroje geotechniczne z naniesionymi otworami badawczymi, pokazanym układem warstw,
symbolami warstw i gruntów oraz stanami tych gruntów, poziomami wód gruntowych, rzędnymi,
podziałką i podstawowymi wymiarami (przykładowy przekrój geotechniczny – rys. 2.2).

4) Legendę do przekrojów geotechnicznych – jest to tabelka na kartce formatu A4 lub A3
z wymienionymi symbolami wszystkich warstw z przekrojów geotechnicznych i podanymi
wszystkimi parametrami geotechnicznymi tych warstw, a w szczególności: stanem gruntów (I

D

, I

L

),

gęstością lub ciężarem objętościowymi(

ρ

,

γ

), wilgotnością naturalną (w

n

), kątem tarcia

wewnętrznego (

φ

), spójnością (c), modułami ściśliwości (M

0

, M lub E

0

, E). Przy każdym

parametrze lub globalnie przy każdej warstwie podaje się wartości współczynników materiałowych
(

γ

m

) (przykładowa legenda do przekrojów geotechnicznych – rys. 2.3).

5) Zestawienie wyników badań geotechnicznych laboratoryjnych i polowych

6) Załączniki ze szczegółowymi wynikami badań polowych i laboratoryjnych, jak np. wykresy
sondowań, próbnych obciążeń, krzywe uziarnienia, wykresy z badań w edometrze, w aparacie
trójosiowego ścinania, w aparacie skrzynkowym, wyniki badań granic konsystencji, analiza
chemiczna wody gruntowej itd.

Rys. 2.1. Przykładowy plan sytuacyjny w dokumentacji geotechnicznej

.

Rys. 2.2. Przykładowy przekrój geotechniczny.

Rys. 2.3. Przykładowa legenda do przekrojów geotechnicznych.

1

2

3

4

5

6

7

12

11

10

9

8

I

I

II

III

II

III

IV

IV

V

VI

V

VI

35.0

35.2

35.4

35.6

35.8

36.0

36.2

36.4

36.4

36.2

36.0

35.8

35.6

35.4

35.0

35.2

PLAN SYTUACYJNY

1:500 (lub 1:1000)

Legenda:

- otwór badawczy

- sondowanie przy otworze

III

III

- przekrój geotechniczny

- zarys projektowanego obiektu

9

35.8

- warstwice terenu

1

35.05

2

35.35

3

35.92

4

36.33

PRZEKRÓJ I --- I

Skala

1:

250
100

I

I

I

I

IIa

IIa

IIa

IIa

IIb

IIb

IIb

IIb

IIa

III

III

III

IV

Gb

Gb

Gb

Gb

Pd

Pd

Ps

Pd

Ps

Pd

Pd

Ps

Pd

Pd

Nm

Nmp

Nm

Nm

Nm

Nmp

Nmp

Ps

Ps

Pd

Ps

Ps

Pd

Po

Po/Ż

Ż

Po/Ż

G

π

Nmp

35

30

25

20

[m npm]

35

30

25

20

[m npm]

Odległość [m]
Głębokość [m]

14.80 16.00

14.80

17.20

21.30 18.70

27.40

33.0

32.85

33.10

33.0

LEGENDA DO PRZEKROJÓW

TEMAT:

Nr dokumentacji:

CHARAKTERYSTYCZNE PARAMETRY GEOTECHNICZNE

OBJAŚNIENIA GEOLOGICZNE

wg PN-81/B-03020

#

- wartość ustalona metodą A

Opis

litologiczno-

genetyczny

S

tr

at

ygr

afi

a

Symbol gruntu

Pr

of

il

lit

ol

ogi

cz

n

y

Nr

w

ar

st

w

y

ge

ot

ec

hn

ic

zn

ej

wg PN-86/B-02480

S

ym

bo

l geo

logi

cz

ne

j

ko

ns

ol

id

ac

ji gr

u

nt

u

Stan gruntu

St

opie

ń

zag

ę

sz

cz

en

ia

St

opie

ń

plas

ty

cz

no

ści

Wi

lg

ot

n

ość

nat

ur

al

na

G

ę

st

o

ść

ob

ję

to

ścio

w

a

Spójno

ść

K

ą

t t

ar

ci

a

we

wn

ę

tr

zn

ego

Edometryczny

moduł

ściśliwości

Moduł

odkształcenia

Wy

tr

zy

m

a

ło

ść

na

ś

ci

nani

e

Wsp

ół

cz

yn

n

ik

ma

te

ria

łow

y

pierwot-

nej

wtórnej pierwot-

nego

wtórne-

go

I

D

I

L

w

n

ρ

c

u

φ

u

M

0

M

E

0

E

τ

fmax

γ

m

[ % ]

[g/cm

3

]

[kPa]

[

° ]

[MPa]

[MPa] [MPa] [MPa] [kPa]

I

IIa

IIb

III

IV

Czw

art

orz

ęd

Gleba

Namuł

Piasek

Piasek

Pospółka, żwir

Glina

Gb

Nm, Nmp

Pd

Pd, Ps

Po, Po/Ż, Ż

G

π

B

0.45

0.52

#

0.75

#

0.82

#

0.10

#

14.0

#

11.0

#

10.5

#

15.0

#

58.0

#

1.60

1.68

1.75

1.80

1.97

10.0

24.0

8.0

29.0

31.0

36.0

16.0

1.5

40.0

70.0

120.0

34.0

45.0

#

1

±0.2

1

±0.1

1

±0.1

1

±0.1

1

±0.15

2.3. Metody wyznaczania parametrów geotechnicznych według PN-81/B-03020:

Metoda A – polega na bezpośrednim oznaczaniu wartości parametru za pomocą polowych lub

laboratoryjnych badań gruntu, wykonywanych zgodnie z obowiązującymi normami i innymi
wymaganiami; metodę tę stosuje się do obiektów kategorii III oraz kategorii II przy
złożonych warunkach gruntowych. W metodzie tej np. kąt tarcia wewnętrznego i spójność
wyznacza się z badań w aparacie trójosiowym lub skrzynkowym, a moduły ściśliwości
z badań w edometrze.

Metoda B – polega na oznaczaniu wartości parametru na podstawie ustalonych zależności

korelacyjnych pomiędzy parametrami fizycznymi lub wytrzymałościowymi a innym
parametrem, tzw. wiodącym (najczęściej jest to I

L

lub I

D

), wyznaczonym metodą A. W normie

PN-81/B-03020 lub w różnych pozycjach literatury można znaleźć nomogramy i tabele do
odczytywania parametrów na podstawie I

D

i I

L

(rys. 2.4). Metodę tę można stosować do

obiektów I i II kategorii geotechnicznej przy prostych warunkach gruntowych.

Metoda C – polega na przyjęciu wartości parametrów określonych na podstawie praktycznych

doświadczeń budownictwa na innych podobnych terenach lub na podstawie dokumentacji
archiwalnych opracowanych dla sąsiednich obiektów. Metodę tę można stosować do
obiektów I kategorii geotechnicznej.

Rys. 2.4. Nomogramy do wyznaczania parametrów mechanicznych gruntów metodą B według PN-81/B-03020.

0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

25

°

30

°

35

°

40

°

45

°

φ

(n)

I

D

PN-81/B-03020-3

Ż/Po

Pr/Ps

Pd/P

π

0.0

0.20

0.40

0.60

0.75

I

L

PN-81/B-03020-4

0

°

5

°

10

°

15

°

20

°

25

°

φ

(n)

B

A

C

D

PN-81/B-03020-5

I

L

0.0 0.20 0.40 0.60

0.75

10

20

30

40

50

60

c

(n)

[kPa]

A
B

C

D

260

M

0

[MPa]

I

D

0.0 0.40 0.60 0.80 1.0

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Ż/Po

Pr/Ps

Pd/P

π

PN-81/B-03020-6

I

L

0.0

0.40

0.60

0.80

0.75

PN-81/B-03020-7

M

0

[MPa]

80

70

60

50

40

30

20

10

0

A

B

C

D

Grupy gruntów spoistych:

A – grunty morenowe skonsolidowane

(np. gliny, gliny piaszczyste i piaski gliniaste w stanie półzwartym)

B – inne grunty skonsolidowane i morenowe nieskonsolidowane,

(np. pyły i gliny pylaste półzwarte, giny, piaski gliniaste twardopla-
styczne)

C – grunty nieskonsolidowane (zastoiskowe),

(np. gliny zwięzłe i gliny piaszczyste plastyczne)

D – iły, niezależnie od genezy

W metodzie A wartość charakterystyczną danego parametru geotechnicznego x

(n)

wyznacza się jako

średnią arytmetyczną z wartości x

i

uzyskanych z N oznaczeń :

∑

=

i

)

n

(

x

N

x

1

Wartość współczynnika materiałowego

γ

m

wyznacza się wówczas na podstawie analizy

statystycznej wyników badań:

2

1

2

1

1

1

1

/

)

n

(

i

)

n

(

m

)

x

x

(

N

x









−

⋅

±

=

±

=

∑

ν

γ

= 1

± (0.1 ÷ 0.25)

Gdy współczynnik zmienności

ν

przekracza wartość 0.25, to należy przeprowadzić analizę

zmienności parametrów i dokonać dodatkowego podziału warstw.

W metodzie B i C, wartości charakterystyczne parametrów wyznacza się w sposób opisany wyżej
(np. z nomogramów), natomiast współczynnik materiałowy przyjmuje się

γ

m

= 1

± 0.1.

Wartość obliczeniową parametru wyznacza się według wzoru:

)

n

(

m

)

r

(

x

x

⋅

=

γ

Wartości charakterystyczne parametrów geotechnicznych wykorzystuje się w analizie stanów
granicznych użytkowalności (SGU) – np. w obliczeniach osiadań i przemieszczeń. Wartości
obliczeniowe parametrów wykorzystuje się w analizie warunków stanów granicznych nośności
(SGN) – np. przy sprawdzaniu nośności podłoża gruntowego, stateczności skarp itp.

2.4. Specjalistyczne badania terenowe (badania „in situ”)

W przypadku większości obiektów kategorii II i wszystkich obiektów kategorii III oprócz typowych
badań geotechnicznych (wiercenia i badania laboratoryjne próbek) wykonuje się pomiary
parametrów mechanicznych gruntów w miejscu ich zalegania za pomocą tzw. badań „in situ”.
Zaletą tych badań jest to, że pomiar odbywa się na gruncie rodzimym, w naturalnych warunkach
stanu naprężenia i wilgotności, jaki panuje w podłożu. Pobieranie próbek, a następnie ich obróbka
w laboratorium może znacząco zmienić parametry gruntu w wyniku odprężenia i nieuchronnego
naruszenia struktury.

Do badań specjalistycznych „in situ” zalicza się:

a) Sondowania dynamiczne
Sondowania dynamiczne polegają na wbijaniu w grunt żerdzi z odpowiednią końcówką (stożek,
krzyżak lub cylinder) za pomocą bijaka opuszczanego grawitacyjnie na podbabnik, połączony
z żerdzią. W czasie wbijania mierzy się opory zagłębiania żerdzi, wyrażone liczbą uderzeń bijaka
na 10 cm lub 20 cm zagłebienia (

N

10

,

N

20

). Schemat sondy wbijanej przedstawiono na rys. 2.5a.

Rezultatem sondowania jest schodkowy wykres oporów wbijania sondy, pokazany przykładowo na
rys. 2.5b.
Wyróżnia się w Polsce następujące rodzaje sond dynamicznych:
- sonda lekka SD-10 – masa bijaka 10 kg, wysokość spadu 0.50 m, pomiar N

10

, zasięg stosowania

do 10 m, końcówka - stożek

- sonda średnia SD-30 – masa bijaka 30 kg, wysokość spadu 0.50 m, pomiar N

10

, zasięg

stosowania do 20 m, końcówka - stożek

- sonda ciężka SD-50 – masa bijaka 50 kg, wysokość spadu 0.50 m, pomiar N

10

, zasięg stosowania

do 30 m, końcówka - stożek

- sonda b. ciężka SD-63.5 – masa bijaka 63.5 kg, wys. spadu 0.75 m, pomiar N

20

, zasięg

stosowania do 30 m, końcówka - stożek

- sonda ITB-ZW (nie normowa, ale popularna) – m. bijaka 22.5 kg, wysokość spadu 25 cm,

N

10

, do 10 – 12 m, stożek lub krzyżak

- sonda SPT (Standard Penetration Test), m. młota 65 kg, wys. spadu 0.75 m, pomiar N

30

,

końcówka cylindryczna, w czasie wbijania jednoczesne pobieranie próbki gruntu do cylindra.

Rys. 2.5. Schemat sondy wbijanej (a) i przykładowy wykres sondowania (b).

Sodny wbijane stosowane są głównie do gruntów niespoistych. Pozwalają one na określanie
wartości stopnia zagęszczenia I

D

gruntu na podstawie oporów N

10

lub N

20

,

N

30

. Pozwalają również

na precyzyjne określenie lokalizacji warstw słabych.
Sonda z końcówką krzyżakową pozwala również na badanie wytrzymałości na ścinanie

τ

f

dla

gruntów słabych spoistych i organicznych. Badanie to wykonuje się poprzez obrót końcówką wokół
osi żerdzi i pomiar oporu (momentu obrotowego). Ścinanie gruntu odbywa się po pobocznicy walca
gruntowego, utworzonego przez obrót końcówki krzyżakowej.

H

s

bijak

o masie M

podbabnik

podkładka

sprężysta

prowadnica

bijaka

żerdź

końcówka

stożkowa

końcówka

krzyżakowa

(powiększenie)

10cm (lub 20cm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

10

20

30

40

50

Liczba uderzeń na 20 cm wbicia sondy

Profil

litologiczny

Obserw.

wody

Głęb.

m

ppt.

Interpretacja

N

20

I

D

Opracował: .......................................................................

Nn

Nmp

Pd

Nm//Pd

Nm

Ps

13

20

32

0.60

0.70

0.81

10.4

1.8

Temat: ................................................................ Data : ..........................

Przy otworze nr : .......

Firma:

Rzędna terenu : .....................

Badanie sondą dynamiczną SD63.5

Sondowanie nr ......

................................................................

4

1

÷2

a) b)

b) Sondowania statyczne

Do sondowań statycznych zalicza się:
- sondę wciskaną CPT (Cone Penetration Test), lub CPTU.
- sondę wkręcaną (ST)

Sodowanie CPT polega na statycznym zagłębianiu w
grunt żerdzi o średnicy

φ35.7 mm, zaopatrzonej w

stożek i tuleję cierną. Prędkość wciskania wynosi
około 2 cm/s. W czasie wciskania mierzy się opór
gruntu pod stożkiem

q

c

[MPa] oraz opór tarcia gruntu

o tuleję cierną

f

s

[MPa]. Pomiar może odbywać się w

sposób cykliczny – np. co 10 lub 20 cm zagłębienia –
przy pomiarze manualnym hydraulicznym lub w
sposób ciągły – przy pomiarze automatycznym
(elektronicznym).
W sondowaniu CPTU dokonuje się jeszcze pomiaru
ciśnienia wody w porach gruntowych

u [kPa].

Schemat konstrukcji sondy CPT oraz przykładowe
wykresy sondowań przedstawiono na rys. 2.6.

Rys. 2.6. Schemat sondy wciskanej CPT (a) i przykładowe wykresy sondowań: b) na podstawie pomiarów cyklicznych,

c) z pomiarów automatycznych.

Sondownia CPT i CPTU pozwalają na określenie stanu gruntów spoistych i niespoistych (I

L

i I

D

) na

podstawie oporów q

c

i rodzaju gruntów, w sposób przybliżony, na podstawie współczynnika tarcia:

100

⋅













=

c

s

f

q

f

R

%

Im większe

R

f

tym grunt bardziej spoisty.

żerdź

φ35.7 mm

tuleja

cierna

q

c

[MPa]

f

s

[MPa]

20cm

kotwy

wkręcane

w grunt

siłowniki

hydrauliczne

głowica

wciskająca

platforma

np. samojezdna

prędkość

wciskania

2 cm/s

rejestracja

danych

stożek

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

5

10

15

20

25

q

c

[MPa]

Profil

litologiczny

Obserw.

wody

Głęb.

m

ppt.

Interpretacja

q

c

f

s

Opracował: ....................................................................

Nn

Nmp

Pd

Nm//Pd

Nm

Ps

10.4

1.8

f

s

[MPa]

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

UWAGI:

wykres

q

c

wykres

f

s

R

f

I

D

I

L

7.0

0.6

1.5

10

18

1.0

0.12

0.038

0.06

0.12

0.17

0.035

0.45

0.60

0.80

3.5

1.7

4.2

6.3

1.2

0.94

3.5 0.04 1.1

Temat: ...........................................................................

Data : .....................

Przy otworze nr : .......

Sondowanie nr ......

Firma:

Rzędna terenu : .....................

Badanie sondą wciskaną SW

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Profil

litologiczny

Obserw.

wody

Głęb.

m

ppt.

Interpretacja

q

c

f

s

Opracował: ....................................................................

Nn

Nmp

Pd

Nm//Pd

Nm

Ps

10.4

1.8

R

f

I

D

I

L

5

q

c

[MPa]

0.05

f

s

[MPa]

0.10 0.15 0.20 0.25

10

15

20

25

R

f

[%]

2

4

6

8

Temat: ..............................................................................................................................

Data : ....................................

Przy otworze nr : .........................

Sondowanie CPT nr .........

Firma:

Rzędna terenu : .........................

Rys. nr ...........

7.0

0.6

1.5

10

18

1.0

0.12

0.038

0.06

0.12

0.17

0.035

0.45

0.60

0.80

3.5

1.7

4.2

6.3

1.2

0.94

3.5 0.04 1.1

a)

b)

c)

Istnieją opracowane naukowo procedury i nomogramy do wyznaczania niemal wszystkich
parametrów wytrzymałościowych z wyników badań CPT, m. in. kąta tarcia wewnętrznego,
spójności, modułów ściśliwości, wytrzymałości na ścinanie

Su, współczynnika filtracji k itd..

Znaleźć można również gotowe procedury do obliczania nośności i osiadań fundamentów
bezpośrednich oraz pali bezpośrednio z wyników badań CPT.

c) Badania presjometryczne

Badania te wykonywane są za pomocą presjometru, skonstruowanego po raz pierwszy przez
Menarda (Francja). Presjometr składa się z trzech elastycznych komór: środkowej komory
pomiarowej i dwóch komór ochronnych – dolnej i górnej. Presjometr umieszcza się w otworze
wiertniczym na określonej głębokości i wywiera ciśnienie poziome

p na ściany otworu za pomocą

komór. Komory ochronne potrzebne są do tego, aby zapewnić tylko poziome rozszerzanie się
komory pomiarowej i stworzyć w gruncie płaski, osiowo-symetryczny stan odkształcenia, który jest
łatwiejszy w interpretacji i w opisie teoretycznym. W czasie badania mierzy się ciśnienie wody (lub
innej cieczy)

p w komorze pomiarowej oraz objętość wtłaczanej wody V. Badanie wykonuje się do

momentu podwojenia początkowej objętości otworu wiertniczego zajętego przez komorę
pomiarową – 2(

V

c

+

v

0

). Ciśnienie, przy którym następuje to podwojenie nazywa się ciśnieniem

granicznym

p

gr

. Nie zawsze udaje się osiągnąć podwojenia objętości otworu, np. przy zbyt dużych

luzach

v

0

pomiędzy otworem a komorą presjometru, ze względu na ograniczoną rozszerzalność

komory i niebezpieczeństwo jej uszkodzenia. Wówczas wartość

p

gr

wyznacza się ekstrapolacyjnie.

Na rys. 2.7 przedstawiono schemat konstrukcji presjometru i typową krzywą presjometryczną.

Rys. 2.7. Schemat presjometru (a) i typowa krzywa badania presjometrycznego (b).

Z badań presjometrycznych otrzymuje się dwa podstawowe parametry: ciśnienie graniczne

p

gr

oraz

presjometryczny moduł ściśliwości gruntu

E

M

, obliczany z odcinka prostoliniowego

BC na krzywej

presjometrycznej. Presjometr jest bardzo popularny we Francji, gdzie istnieje wiele procedur
obliczeniowych, pozwalających na określanie nośności i osiadań fundamentów bezpośrednich
i palowych na podstawie wyników badań presjometrycznych. Na rys. 2.8 pokazano przykładową
metrykę badania podłoża gruntowego za pomocą presjometru.

p [kPa]

górna komora

ochronna

dolna komora

ochronna

komora

pomiarowa

otwór

wiertniczy

manometr

żerdź

objętościomierz

regulator
ciśnienia

sprężony

gaz

a) b)

V

[cm

3

]

v

0

p

0M

p

f

p

gr

v

f

B

C

D

p

[kPa]

V

c

V

c

+2v

0

V

c

– objętość wyjściowa komory pomiarowej

v

0

– objętość przestrzeni pomiędzy otworem a komorą pomiarową

odcinek tzw. „pseudosprężysty”

do wyznaczenia modułu E

M

A

Rys. 2.8. Przykładowa metryka badania podłoża gruntowego za pomocą presjometru.

d) Badania dylatometryczne

Badania dylatometryczne w pewnym sensie przypominają badania presjometryczne. Dylatometr,
skonstruowany przez Marchettiego (Włochy) jest płaską końcówką, kształtem przypominającą
łopatkę, przymocowaną do żerdzi. Końcówka ta zaopatrzona jest z jednej strony w elastyczną,
okrągłą membranę. Ostro zakończoną łopatkę dylatometru wciska się w dno otworu wiertniczego
i dokonuje badania poprzez wywieranie poziomego nacisku membraną na grunt. W czasie badania
mierzy się ciśnienie

p

1

, potrzebne do przemieszczenia membrany na 1 mm (rys. 2.9). Przed

wychyleniem membrany mierzy się ciśnienie

p

0

, jakie zostało zmobilizowane w gruncie po

wciśnięciu dylatometru. Wynik badania pozwala na określenie dylatometrycznego modułu
ściśliwości gruntu

E

D

. Podobnie jak w przypadku innych badań, opracowano procedury

umożliwiające określanie wartości różnego rodzaju parametrów gruntu oraz pozwalające na
obliczanie nośności i osiadań podłoża gruntowego na podstawie badań dylatometrycznych.

Rys. 2.9. Schemat konstrukcji dylatometru Marchettiego.

Profil

geologiczny

E

M

[MPa]

p

gr

[kPa]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

10

5

1

50

1000

500

100

5000

Nasyp

niebudowlany

Namuł

piaszczysty

Ił piaszcz.

półzwarty

Piasek

i

żwir

3.5

1.0

1.5

2.0

10

40

35

25

20

30

230

125

170

200

1100

1300

1150

800

700

1200

95 mm

60 mm

240 m

m

żerdź

przewód pneumatyczny

+ kabel elektryczny

membrana

elastyczna

15 mm

p

0

1mm

wychylenie

membrany

p

1

e) Próbne obciążenia gruntu.

Próbne obciążenia gruntu wykonuje się najczęściej pod budownictwo drogowe, parkingi, place
składowe i mocno obciążone posadzki magazynów. Badanie to polega na stopniowym zwiększaniu
obciążenia na sztywną płytę stalową ułożoną na powierzchni gruntu lub w dnie wykopu i pomiarze
osiadań tej płyty. Płyta ma kształt koła o średnicy 80 cm (powierzchnia 0.5 m

2

). Obciążenie zadaje

się za pomocą siłownika hydraulicznego, górą zapartego o konstrukcję balastową. Próbne
obciążenie wykonuje się do momentu osiągnięcia nośności granicznej podłoża gruntowego lub do
podwojenia nacisków przewidywanych na grunt w projekcie posadowienia obiektu. Badania tego
typu wykonuje się w celu określenia ściśliwości i sprężystości podłoża gruntowego oraz jego
nośności, co pozwala na optymalne zaprojektowanie posadowienia budowli (np. konstrukcji drogi).
Próbne obciążenie gruntu wykonuje się również jako kontrolę jakości wykonania nasypów
drogowych. Próbnymi obciążeniami można zbadać również głębsze warstwy podłoża. Przeprowa-
dza się je przez ułożenie płyty badawczej w dnach specjalnie wykonanych studni. Płyta połączona
jest ze sztywnym stemplem, wyprowadzonym ponad studnię, na którym umieszcza się siłownik
hydrauliczny i do którego podłącza się czujniki do pomiaru osiadań.

2.5. Przyjmowanie obliczeniowych i reprezentatywnych profili geotechnicznych do
projektowania

Korzystając z dokumentacji geotechnicznej, a głównie z przekrojów geotechnicznych i legendy do
tych przekrojów projektant przygotowuje sobie tzw. profile geotechniczne obliczeniowe lub profile
reprezentatywne do obliczeń. Bardzo często wybiera się wtedy miejsca o najniekorzystniejszych
warunkach gruntowych lub w niektórych przypadkach przyjmuje się uśrednione warunki gruntowe.
W przypadku takich konstrukcji jak np. mosty, określa się oddzielne profile geotechniczne dla
każdej z podpór. Przyjęcie właściwych profili geotechnicznych i tzw. wyprowadzonych parametrów
geotechnicznych do obliczeń jest jedną z istotniejszych spraw w projektowaniu geotechnicznym.
Profile obliczeniowe stanowią materiał wyjściowy do obliczeń statycznych posadowienia, m. in.
obliczeń nośności, osiadań podłoża gruntowego, parcia i odporu gruntu itp.

3. KLASYFIKACJA FUNDAMENTÓW

Ze względu na głębokość posadowienia, która uzależniona jest od głębokości występowania warstw
nośnych wyróżnia się:

1) Fundamenty bezpośrednie

, inaczej zwane fundamentami płytkimi lub płaskimi, do których

zaliczamy:

- stopy fundamentowe
- ławy fundamentowe
- ruszty fundamentowe
- płyty fundamentowe
- skrzynie fundamentowe

Fundamenty bezpośrednie stosuje się wówczas, gdy w podłożu gruntowym w poziomie
posadowienia i poniżej występują warstwy gruntów nośnych i mało ściśliwych, czyli takich które

będą w stanie bezpośrednio przenieść obciążenia przekazywane przez podstawy fundamentów i nie
wykażą przy tym nadmiernych osiadań.

2) Fundamenty głębokie

, inaczej zwane fundamentami pośrednimi, do których zaliczamy:

- fundamenty palowe
- studnie fundamentowe
- kesony fundamentowe
- inne fundamenty głębokie jak np. ściany szczelinowe i barety, kolumny itp.

Fundamenty głębokie stosuje się wówczas, gdy w podłożu gruntowym w poziomie posadowienia
i w pewnej strefie poniżej występują warstwy gruntów nienośnych (np. organicznych) lub o zbyt
niskiej nośności do przeniesienia dużych obciążeń od budowli lub o zbyt dużej ściśliwości, grożącej
nadmiernymi osiadaniami budowli, a warstwy wytrzymałe i mało ściśliwe występują dopiero na
pewnej głębokości. Fundamenty głębokie mają za zadanie przekazanie obciążeń z budowli na
warstwy nośne leżące głębiej. Stosuje się je wówczas gdy metody wzmocnienia podłoża
gruntowego (np. przez wymianę gruntu) są nieopłacalne lub trudne w wykonaniu.

W niektórych przypadkach, niezależnie od warunków gruntowych stosuje się posadowienie na
fundamentach głębokich. Na przykład przy posadawianiu:

- na skarpach lub w pobliżu głębokich wykopów i uskoków naziomu,
- budowli hydrotechnicznych, portowych, morskich, mostów przez rzeki,
- punktowych budowli wysokich (wieże, maszty, kominy)
- obiektów z kilkoma kondygnacjami podziemnymi,
- obiektów specjalnych i strategicznych: turbozespołów, reaktorów w elektrowniach, wielkich
pieców, itp.

3) Inne budowle i konstrukcje geotechniczne

Fundamentowanie jako dziedzina inżynierii nie zajmuje się tylko fundamentami jako takimi, ale
również innymi konstrukcjami i robotami geotechnicznymi, do których możemy zaliczyć:

- konstrukcje oporowe: ściany oporowe, obudowy wykopów, ścianki szczelne w nabrzeżach,

- budowle ziemne: nasypy budowlane (drogowe i inne), wały przeciwpowodziowe, sztuczne skarpy,

- płytkie budowle podziemne: tunele komunikacyjne, kondygnacje podziemne budynków, zbiorniki

podziemne

- konstrukcje kotwiące: bloki i płyty kotwiące np. dla różnych odciągów, zakotwienia iniektowane

- konstrukcje wzmacniające podłoże gruntowe: konstrukcje z gruntu zbrojonego, iniekcje gruntowe

- odwodnienia podłoża gruntowego i wykopów fundamentowych

- wybrane elementy konstrukcji portowych i morskich : nabrzeży, falochronów, pirsów, platform,

- inne konstrukcje współpracujące z gruntem.

Opracowanie:

dr inż. Adam Krasiński

Katedra Geotechniki PG