1. Cel badań:

Analiza podłoża gruntowego na terenie Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy mieszczącego się przy alei prof. S. Kaliskiego 20, pod obiekt, który jest halą ćwiczeniową, jednokondygnacyjną, niepodpiwniczoną, o statycznie niewyznaczalnym schemacie obliczeniowym. Powierzchnia obiektu w całości stanowi powierzchnię użytkowa. Pomieszczenie jest ogrzewane.

Powodem badań były cele dydaktyczne.

1. Lokalizacja terenu badań i jego morfologia:

Obszar prac zlokalizowany jest we wschodniej części miasta Bydgoszcz przy alei prof. S. Kaliskiego 20.

Lokalizację terenu badań oraz dokładne umiejscowienie punktów badawczych przedstawiono na mapie sytuacyjno-wysokościowej w załączniku 1.

Obszar wierceń obecnie stanowi teren Uniwersytetu Technologiczno- Przyrodniczego im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy. Na północ (ok. 45m) od wykonanych odwiertów znajduje się budynek nr 3.2 Uniwersytetu Technologiczno- Przyrodniczego im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy.

Na terenie badań występuje roślinność trawiasta, krzewy oraz drzewa (m.in. Sosny, których umiejscowienie było pomocne w dokładnym zlokalizowaniu badanych otworów).

Rzędne powierzchni terenu mieszczą się w granicach od ok. 49m n.p.m. do ok. 50m n.p.m.

Morfologia :

Teren administracyjny miasta Bydgoszcz leży po obu brzegach Brdy w obszarze tarasu nisko-średniego, a w południowej części również tarasu wysokiego. Podstawowe osady stanowią utwory frakcji ilastej serii poznańskiej. Taras niski - pochodzenia akumulacyjnego położony jest na wysokości około 37,0 m n.p.m.. Rozciąga się nieregularnym kilkudziesięciometrowym pasem po obydwu stronach Brdy. Przykryty jest piaskami rzecznymi i madami, okresowo podmokły. Taras średni - pochodzenia erozyjnie-akumulacyjnego, zbudowany jest w znacznej mierze z piasków rzecznych. Rozpościera się na wysokości około 40-50m n.p.m. wzdłuż brzegów Brdy, wykazując asymetrię. Na lewym, północnym brzegu jest bardzo szeroki i sięga na północ około 2,5 km poza granice administracyjne miasta. Od wysokiego tarasu dzieli go krawędź nieregularnego zbocza wysokości około 40m (70-95m n.p.m.).

Budowa geologiczna podłoża gruntowego:

Bydgoszcz znajduje się na obszarze odcinka Północno - Kujawskiego wału Środkowopolskiego umieszczonego przy jego wschodnim skraju. Główny element budowy strukturalnej tworzą tu osady mezozoiku zakończone od góry utworami kredy. Powierzchnia stropowa kredy przypada stosunkowo głęboko - w granicach 200m pod powierzchnią terenu. Budują ją skały marglisto - piaszczyste z glaukonitem górnej kredy. Na podłożu kredowym spoczywa gruba pokrywa utworów kenozoiku, złożona w głównej części z trzeciorzędu, który podchodzi blisko powierzchni terenu. Przykryty on jest cienką powłoką piaszczystych i gliniastych skał czwartorzędowych. Utwory pliocenu budują najwyższą część profilu trzeciorzędu. Przeważnie są to, „iły poznańskie''. Miąższość pliocenu wynosi około 19m. Jest to odcinek pstrych iłów podścielonych u samego dołu cienką warstwą piasku z niewielką warstwą glaukonitu. Utwory plioceńskie są wykształcone w bezwapniowej frakcji ilasto-mulastej, nieco piaszczystej, z przewagą osadów ilastych. Do pliocenu należą osady ilaste i ilasto - mułkowe odróżniające się oliwkowym, niebieskawym, pstrym lub zielonkawym zabarwieniem i brakiem szczątków roślinnych od szarobrunatnych, zawęglonych osadów mioceńskich, iły plioceńskie są zwykle tłuste lub pylaste miejscami w różnym stopniu zapiaszczenia - pylaste. W czasie erozji i kilkukrotnych nasunięć lądolodu osady plioceńskie zostały miejscami silnie glacitektonicznie zaburzone i wyciśnięte. W okolicy Bydgoszczy tworzą się wychodnie tego osadu.

1. Badania podłoża gruntowego:

Badania podłoża gruntowego przeprowadzono by ustalić charakterystykę geotechniczną podłoża na terenie Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy. Zakres badań zawierał prace w terenie oraz badania laboratoryjne.

3.1. Prace w terenie.

Prace polowe obejmowały wykonanie trzech otworów metodą ręczną, pobieranie próbek do badań makroskopowych oraz badań laboratoryjnych. Szczegółową lokalizację wykonanych odwiertów przedstawiono na mapce w załączniku nr Z1.

3.1.1. Wykonane otwory.

Wykonano 3 otwory wiertnicze z poziomu istniejącego terenu. Otwory wiertnicze wykonano systemem ręcznym. Głębokości wykonanych otworów:

- otwór nr 4: 3,00m ppt,
- otwór nr 5: 2.60m ppt,
- otwór nr 6: 3.50m ppt.

- otwór nr 2 (wykonany przez grupę II) 4,60m ppt.

Podczas wykonywania wierceń dokonano rozpoznania makroskopowego występujących gruntów oraz pobrano próbki gruntu do badań laboratoryjnych. W otworach natrafiono na wodę gruntową.

3.1.2. Pobieranie próbek.

Podczas wykonywania wierceń pobrano 3 próbki gruntu o naturalnej wilgotności, które przeznaczono do badań makroskopowych oraz badań laboratoryjnych.

W trakcie badań makroskopowych określono dla wszystkich gruntów ich rodzaj, barwę, konsystencję i stan gruntu. W trakcie badań w laboratorium oznaczenia rozszerzono o wilgotność oraz dla gruntów spoistych o liczbę wałeczkowań.

3.2. Badania laboratoryjne.

Pobrane w terenie próbki gruntów poddano badaniom laboratoryjnym. Dla wybranych próbek wykonano szczegółowe badania laboratoryjne.

Lp.	Rodzaj badania	Liczba oznaczeń	Metodyka badania i interpretacji wyników
1	Wilgotność naturalna	4	PN-88/B-04481
2	Granica plastyczności	4	PN-88/B-04481
3	Granica płynności	1	PN-88/B-04481

Wykonane badania laboratoryjne pozwoliły na dokładne oznaczenie rodzajów występujących gruntów, ich stanu oraz obliczenie stopnia plastyczności i granicy płynności iłów.

3.3. Praca w zespole.

Wykonane prace obejmowały:

- opracowanie mapy dokumentacyjnej z lokalizacją wykonanych wierceń z podaniem rzędnej tereny w miejscu wykonania wiercenia,
- analizę wyników z wyrobisk badawczych , łączenie z wykonanymi badaniami makroskopowymi, obserwacjami dokonanymi w terenie
- analizę wyników badań laboratoryjnych,
- opracowanie tabeli wybranych wartości cech fizyczno mechanicznych gruntów
- opracowanie przekroju geotechnicznego z uwzględnieniem wyników wykonanych prac polowych i laboratoryjnych,
- sporządzenie części opisowej dokumentacji,
- sformułowanie wniosków końcowych zawierających również podsumowanie z wykonania badań.

1. Budowa geologiczna i warunki wodne:

4.1. Opis budowy geologicznej

Na podstawie wykonanych prac oraz materiałów dostępnych w bibliotece, stwierdzono występowanie utworów czwartorzędowych oraz trzeciorzędowych.

4.1.1. Czwartorzęd (Q)

Czwartorzęd reprezentowany jest przez utwory holocenu (ocieplenie klimatu) i plejstocenu (okres lodowców). Miąższość utworów czwartorzędowych zmienia się w granicach od ok. 0,50 m do ok. 4,60 m. Poniżej występują utwory formacji trzeciorzędowej.

4.1.1.1. Holocen (Qh)

Holocen reprezentowany jest przez glebę oraz grunty antropogeniczne (nasypy niebudowlane) o miąższości w przedziale ok. od 0,70m do ok. 2.0m. Skład nasypów niebudowlanych jest bardzo zróżnicowany.

4.1.1.2. Plejstocen (Qp)

Plejstocen reprezentowany jest przez osady piaszczysto-żwirowe akumulacji wodnolodowcowej. Osady te reprezentowane są przez piaski drobne.

4.1.2. Trzeciorzęd (Trz)

Utwory formacji trzeciorzędowej reprezentowane są przez osady plioceńskie.

4.1.2.1. Pliocen

Utwory plioceńskie występują w postaci iłów plioceńskich. Utwór ten wydobyto z otworu 5 i 6.

4.2. Warunki wodne

Podczas wykonywania wierceń w otworach o numerach 5 i 6 nawiercono wody gruntowe. W otworze oznaczonym numerem 5 wystąpiła na głębokości 1,3 m p.p.t. Natomiast w otworze oznaczonym numerem 6 na głębokości 1,6 m p.p.t. Miąższość warstwy wodonośnej w otworze o numerze 5 wynosi 30 cm, gdyż nad poziomem zwierciadła wody występuje piasek drobny. Natomiast w otworze o numerze 6 miąższość warstwy wodonośnej wynosi 100 cm i przejawia się to w postaci soczewek wody w warstwie iłu. W otworach o numerze 5 i 6 wystąpiło swobodne zwierciadło wody

1. Geotechniczna charakterystyka podłoża:

Zgodnie z postanowienie normy PN-81/B-03020 pkt. 3.2. grunt podzielono na warstwy geotechniczne. Jako podstawę podziału przyjęto wydzielenia geotechniczne uwzględniając genezę i litologię utworów. Zgodnie z PN-86/B-02480 grunty występujące w dokumentowanym podłożu zaliczono do gruntów nasypowych, niespoistych i małospoistych. Wartości parametrów geotechnicznych ustalono metodą B przyjmując wartości stopnia zagęszczenia I_D = 0, 40 jako podstawę do wyznaczania innych parametrów geotechnicznych. By dokładnie określić stopień zagęszczenia gruntu należałoby określić go za pomocą sondowania. Na przykład sondą dynamiczna DPL, która służy do oceny stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych. Badanie polega na wbijaniu kolumny żerdzi zakończonych końcówką stożkową o wymiarach zgodnych z PN-B-04452:2002 Geotechnika. Badania polowe w podłoże z powierzchni terenu. Wbijanie odbywa się poprzez podnoszenie bijaka o masie 10kg na stałą wysokość (0.5m) i opuszczaniu go na podbabnik.

Parametrem sondowania jest liczba uderzeń bijaka sondy potrzebna do zagłębienia kolumny żerdzi zakończonych stożkiem na 10 cm. Na podstawie liczby uderzeń oblicza się, wg wzory empirycznego, stopień zagęszczenia ID gruntów niespoistych

Normowe wartości tych parametrów wyznaczono na podstawie odpowiednich zależności podanych w w/w normie. Parametry geotechniczne gruntów przedstawiono w tabeli nr 1. Warstwę gruntów nasypowych wyłączono z podziału uznając za niemającą znaczenia jako podłoże budowlane, ponieważ są to grunty niejednorodne i występują najczęściej w stanie luźnym. W ich skład chodzą głównie piaski próchnicze. Nie są one odpowiednie do bezpośredniego posadowienia oraz jako podłoże posadzki.

Kolejne warstwy:

• Warstwa I

Składa się z piasków drobnych. Występują w strefie przypowierzchniowej pod warstwą nasypu niekontrolowanego do głębokości ok. 0,5 m p.p.t. do ok. 1,6 m p.p.t. w otworach o numerach 2, 5 i 6.

W warstwie występuje woda gruntowa na głębokości 1,5 m p.p.t. Piasek drobny występuje w stanie średnio zagęszczonym o małej ściśliwości. Jest to grunt o dobrej nośności, który pod wpływem ubijania, wibrowania itd. można łatwo zagęścić. Jest to grunt niewysadzinowy. Parametry geotechniczne podano w tabeli 1.

• Warstwa II

W warstwie występują piaski średnie na głębokości od ok. 0,7 m p.p.t. do ok. 4,2 m p.p.t. Piasek średni występuje w stanie średnio zagęszczonym o wartości charakterystycznej stopnia zagęszczenia I_D=0,40 (stan średnio zagęszczony 0,33≤I_D≤0,67). Piasek średni występuje w otworach o numerach 2 i 4, w których nie wystąpiła woda gruntowa. Piasek średni nie należy do gruntów wysadzinowych. Grunt ten charakteryzuje się bardzo dobrą nośnością i stosunkowo małą ściśliwością. Parametry geotechniczne podano w tabeli 1.

• Warstwa III

W warstwie występują żwiry zlokalizowane pod warstwą piasku drobnego i średniego, na głębokości od ok. 1,5 m p.p.t. do ok. 3,0 m p.p.t. Występują w otworze o numerze 4. Nie wystąpiła woda gruntowa. Żwir nie należy do gruntów wysadzinowych. Grunt ten charakteryzuje się bardzo dobrą nośnością i najmniejszą ściśliwością spośród I i II warstwy. Właściwości geotechniczne podano w tabeli1.

• Warstwa IV
  W warstwie występują iły. Zaliczono je do grupy genetycznej „D” (iły, niezależnie od pochodzenia geologicznego). Iły najpłycej zlokalizowano w otworze o numerze 6, na głębokości 1,3 m p.p.t. Iły są w stanie twardoplastycznym. Badane iły są bardzo wrażliwe na zmiany warunków wodnych. Grunt zaliczono jako bardzo ekspansywny, przy wysuszeniu dojdzie do skurczu iłów, czyli do zmniejszenia objętości. Przy nawodnieniu warstwy iłów dojdzie do zjawiska pęcznienia, czyli dużego wzrostu objętości (wzrost objętości nawet do 30%). Warstwa iłów znajduje się pod poziomem wody gruntowej. Parametry geotechniczne podano w tabeli 1.

5.1. Tabelaryczne zestawienie wyników obliczonych parametrów geotechnicznych.

Tabela 2. Zestawienie parametrów geotechnicznych.

Tabela 3. Zestawienie parametrów geotechnicznych.

6. Informacje dodatkowe.

Wszystkie odwierty zostały wykonane poprawnie w wcześniej założonych miejscach. Przy wykonywaniu otworu 4 zaprzestano prac na głębokości 3,0 m gdyż znajdował się tam żwir nie było możliwe wykonywanie dalszego wiercenia metodą ręczną. Odległości poszczególnych otworów zostały naniesione na mapkę sytuacyjną. Rzędne wysokości poszczególnych otworów zostały obliczone metodą liniową na podstawie otrzymanej mapki wysokościowej danej przez prowadzącego zajęcia.

7. Wnioski

W badanym podłożu stwierdzono kilka rodzajów gruntów tworzących przewarstwienia o zróżnicowanych właściwościach. Podczas prac natrafiono na wody gruntowe w otworze o numerze 5 na głębokości 1,3 m oraz w otworze o numerze 6 na głębokości 1,6 m w warstwie iłów. Iły są to grunty ekspansywne, dlatego też występowanie wody w tego rodzaju gruntach powoduje ich pęcznienie, co negatywnie oddziałuje na posadowienie fundamentów. To niekorzystne zjawisko geologiczne(ekspansywność iłu) decyduje, iż na badanym terenie występują skomplikowane warunki gruntowe (wg Rozporządzenie Ministra Transportu, budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25.04.2012r. , poz. 463, Warszawa §4.1.2.3).

Zakres badań geotechnicznych ograniczył się do wykonania otworów, analizy makroskopowej (dla gruntów niespoistych) i laboratoryjnej (dla gruntów spoistych). Wartości parametrów geotechnicznych oznaczono przy wykorzystaniu zależności korelacyjnych. Na badanym terenie występują skomplikowane warunki gruntowe, dlatego też obiekt przydzielono do trzeciej kategorii geotechnicznej.

Zalecenia:

1. Zaleca się posadowienie obiektu budowlanego na warstwie piasku drobnego lub średniego.

2. Należy uwzględnić warunki atmosferyczne przy robotach fundamentowych ze względu na występowanie iłów.

3. Przy ustalaniu głębokości posadowienia uwzględnić następujące czynniki:

- głębokość występowania poszczególnych warstw geotechnicznych

- występowanie iłów pęczniejących i wysadzinowych,

- umowną granicę przemarzania dotyczącą gruntów wysadzinowych, (iłów), które występują w otworze 5 i 6.

4. Roboty budowlane i pozostałe powinny być wykonane przez wykwalifikowanych

pracowników budowlanych, pod stałym nadzorem technicznym i autorskim, z

przestrzeganiem przepisów wynikających z obowiązującego Prawa Budowlanego i

rozporządzeń wykonawczych,

5. Prace ziemne powinny być wykonywane zgodnie z obowiązującego przepisani BHP.

6. Obiekt zakwalifikowano do trzeciej kategorii geotechnicznej ze względu na skomplikowane warunki gruntowe (występowanie gruntów ekspansywnych czyli iłów), dlatego należy przeprowadzić dodatkową dokumentacje geologiczno-inżynierską z przepisami ustawy z dnia 9 czerwca 2011 r. – Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. Nr 163, poz. 981) oraz dodatkową dokumentację badań podłoża gruntowego i projekt geotechniczny.

7. Prace ziemne i fundamentowe powinny być prowadzone pod bezpośrednim nadzorem geotechnicznym.

8. Bibliografia

1. PN-88/B-04481 Grunty budowlane. Badanie próbek gruntów.

2. PN-8 1 /B- 0445 1 Grunty budowlane. Badania polowe.

3. PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Podział, nazwy, symbole i określenia.

4. PN-8 1 /B-03 020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli.

5. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25.04.2012r. , poz. 463, Warszawa