XXIV OGÓLNOPOLSKIE
WARSZTATY PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
BESKIDY WISA
A, 17 � 20 marca 2009 r. KRAKÓW
Krzysztof PARYLAK1
BADANIA GEOTECHNICZNE W DROGOWNICTWIE
I ICH ZNACZENIE
1. Wstęp
Jednym z podstawowych czynników decydujących o długotrwałej eksploatacji budowli
drogowych jest zapewnienie stateczności i trwałości wykonanej konstrukcji. Uzyskuje się to
poprzez unikanie projektowych i wykonawczych błędów, często nie przewidywanych
należycie w powszechnych rozwiązaniach przez projektantów, wykonawców, a także
w działaniach inwestorów. Skutki wadliwych rozwiązań objawiają się w postaci deformacji,
spękań, czy zmian powodowanych zmianami objętościowymi podłoża. Na ogół są one
widoczne dopiero po dłuższym okresie eksploatacji drogi.
Niestety w krajowej praktyce przechodzi się nad tym zagadnieniem najczęściej
bezproblemowo, wykonując doraz
ne powierzchniowe naprawy, których celem jest nie tyle
usuniecie z
ródła przyczyny - a tym bardziej ustalenie sprawcy popełnionych błędów, ale
powierzchniowe przykrycie powstałych deformacji czy zniszczeń, kolejną warstwą
nawierzchni.
Rzadko też kiedy sięga się do z
ródeł umożliwiających wyjaśnienie zjawiska, co
wymagało by przeanalizowania dokumentacji począwszy od badań podłoża gruntowego,
poprzez dokumentacje projektowe, nie mówiąc już o na ogół ogólnikowo prowadzonych
dziennikach budowy, czy o niepełnych dokumentacjach powykonawczych.
Powodów takiego sposobu postępowania jest kilka. Są to:
" istniejące uwarunkowania realizacyjne wynikające z potrzeby dokonania szybkiej
naprawy,
" duża fluktuacja na rynku jednostek projektowych i firm wykonawczych, co utrudnia
bezpośredni kontakt z realizatorem zadnia i wyjaśnienie problemu,
" spotykany brak profesjonalizmu kadr zarządzających tą tematyką w strukturach
administracji państwowej oraz powierzanie nadzoru nad stanem obiektu i nad
dokumentacją zmieniającym się często pracownikom,
" ponadto na etapie ustalania przyczyny powstania zaistniałych nieprawidłowości powody
nieprawidłowości mogą być ukrywane przez poszczególnych uczestników procesu
inwestycyjno - budowlanego, gdyż ujawnienie błędów i zaniedbań może być dla nich
niekorzystne.
1
Dr hab. inż., prof. ndzw. - Instytut Inżynierii Środowiska - Uniwersytet Przyrodniczy - Wrocław
75
W takich przypadkach wobec konieczności szybkiego przywrócenia oczekiwanej
społecznie a czasem i politycznie użyteczności i dobrego wyglądu drogi, pomijane są
dochodzenia ustalające przyczyny zniszczenia. Równolegle podejmowana jest decyzja
o wspomnianej już doraz
nej powierzchniowej naprawie, którą wobec nie usunięcia
zasadniczej przyczyny wkrótce może objawić się kolejną potrzebą remontu. Przykładem
takiego podejścia jest pokazany na rys. 1 stan jednej z dróg wojewódzkich, gdzie widoczne są
4 kolejne dobudowywane powierzchniowe warstwy wykonywane po kolejnych etapach
większego zapadania się podłoża. W rzeczywistości spowodowane to było trwającą
intensywną i zmieniającą natężenie filtracją wód powodującą sufozyjne wynoszenie cząstek
gruntów.
~ 0,6m
Rys. 1. Przykład zapadającego się podłoża drogi i prowadzonych naprawach
sprowadzających się do nadkładania kolejnych 4 bitumicznych warstw (stan z 2008 r.)
Przedstawiona znana autorowi rzeczywistość jest niekorzystna nie tylko ze względu na
niedokonanie poprawnej naprawy takiego, czy innego przypadku wynikającego
z popełnionego błędu. Znacznie gorszym jest wytwarzanie się w środowisku kadry procesu
inwestycyjnego przekonania, że skoro taki przebieg wydarzeń jest możliwy to granica
odpowiedzialności na poszczególnych szczeblach nadal może ulegać rozmywaniu.
Następstwem tego jest nie przykładanie szczególnej wagi do szeregu decyzyjnych
i technicznych procedur, wymogów oraz kwalifikacji. Sprzyja to tolerowaniu błędów
w kolejnych dokumentacjach, czy realizacjach.
W bardzo dużym, a może i dominującym stopniu obszarem takiej działalności są badania
geotechniczne i to zarówno te na etapie wstępnego wytyczania tras dróg, jak i szczegółowe
badania technicznych właściwości gruntów do potrzeb posadowienia obiektu. Dotyczy to
także wykonywanych na póz
niejszym etapie budowy badań kontroli zagęszczenia
gruntowych warstw nasypów konstrukcyjnych, lub górnych warstw podłoża gruntowego
konstrukcji drogi. Wiąże się to także ze sposobami rozpoznawania technicznych właściwości
gruntów do potrzeb projektowania cech wytrzymałościowych i odkształcalności podłoża,
stateczności skarp, czy ścian oporowych czy poprawnej ocenie roli ciśnienia spływowego.
76
2. Cel i założenia podjętej tematyki
W wielowątkowym wykładzie omówione i analizowane będą zagadnienia zarówno
z zakresu technik badawczych i metod ustalania parametrów technicznych gruntów, jak
i wadliwego prawa, a w tym niezgodnych z zapisami Prawa budowlanego rozporządzeń
Ministerstwa Środowiska, ingerujących w sferę budownictwa i dopuszczających badanie oraz
określanie technicznych parametrów gruntów przez grupy zawodowe, nie mające nie tylko
stosownych uprawnień budowlanych, ale i wymaganych technicznych kwalifikacji.
Powstające w ten sposób dość przypadkowe wyniki badań, są najczęściej bezkrytycznie
przyjmowane do projektowania powodując powszechnie występujące na naszych drogach,
a niespotykane w takich ilościach w krajach ościennych osuwiska, wysadziny mrozowe,
deformacje, czy spękania nawierzchni.
W wykładzie przeanalizowane i skonfrontowane zostaną stosowne dotychczas
uproszczone sposoby rozpoznawania podłoża gruntowego metodami opartymi na cechach
wskaz
nikowych ID i IL z tradycyjnymi z metodami prowadzonymi w profesjonalnych
laboratoriach geotechnicznych a także za pomocą nowoczesnych sond statycznych
i dynamicznych z uwzględnieniem wymogów Eurocode 7.
Wykazane zostaną różnice wyników badań polegających na przyjmowaniu parametrów
geotechnicznych gruntów na podstawie wiodących parametrów ID i IL odczytywanych
z normy fundamentowej, z wynikami uzyskiwanymi w bezpośrednich badaniach
laboratoryjnych.
Przedstawiony zostanie obliczeniowy przykład rozbieżności w projektowaniu
wynikających z błędnie określonych parametrów geotechnicznych.
Kolejnym poruszonym istotnym problemem są następstwa układania i kontroli jakości
drogowych budowli ziemnych zarówno pod względem odpowiedniego odwodnienia podłoża,
doboru odpowiednich rodzajów gruntów, oraz problemu oceny jakości ich zagęszczenia.
Zostanie wykazane, że stosowane uproszczenia polegające zastępowaniu klasycznych metod
sposobami udarowymi i uciskowymi pozostają w dużych rozbieżnościach.
Omówione zostaną istotne w ocenie nośności podłoża związki i zagadnienia:
" Istotnymi w zagadnieniach drogownictwa zależnościami pomiędzy zagęszczeniem,
parametrami ściśliwości, odkształcalności i wytrzymałości na ścinanie.
" Niezwykle istotna problematyka sufozyjności i stateczności filtracyjnej gruntów
niespoistych, a także następstwa błędnego określania tych parametrów na podstawie
norm i nomogramów. przykłady.
" Omówione zostaną przykłady poważnych katastrof spowodowanych zaniechaniami
badań, lub też błędami w ocenie stanu podłoża gruntowego.
Podsumowaniem referatu będzie ocena w jakim stopniu badania geotechniczne mogą
wpływać na oczekiwaną trwałość i stateczność konstrukcji drogi.
3. Znaczenie odkształcalności podłoża w aspekcie eksploatacyjnych problemów
deformacji nawierzchni
3.1. Stan dróg w Polsce
Według danych z Generalnej Dyrekcje Dróg Kołowych i Autostrad, ze stycznia 2004 r.
[20] wynika, że sieć dróg krajowych ma łączną długość 18470 km z czego:
" 13790 km to drogi na obszarze miast zarządzane przez lokalne władze samorządowe,
77
" 16908 km to drogi poza obszarami miast na prawach powiatu zarządzane przez
Gminne Dyrekcje Dróg Kołowych i Autostrad,
" 210 km to drogi poza obszarem miast na prawach powiatu zarządzane przez prywatne
spółki.
Dane te nie obejmują innych dróg projektowanych i wykonywanych na ogół na znacznie
niższym poziomie jakości, z których np. drogi gminne mają łączna długość 143254 km [17].
Zarówno nowe projektowane budowane odcinki dróg krajowych jak i remontowane lub
przebudowywane drogi zgodnie z wymaganiami Unii Europejskiej wymiaruje się na naciski
11,5 t/oś.
Odnośnie oceny stanu technicznego tych dróg GDDKiA podaje, że stan 7572 km tj.
45,5% dróg jest dobry, 4777 km jest niezadowalający, a stan 4285 km dróg jest zły - co
stanowi 8%.
Z oceny tej i treści przytoczonego raportu wyłaniają się dwa problemy. Pierwszy to
ogromna ilość dróg krajowych (ponad 9 tys. km) znajdujących się w złym lub
niezadowalającym stanie, co stanowi ponad 54% wszystkich dróg krajowych. Drugi to
przypisywanie całej sprawczej roli niezadowalającego stanu technicznego jedynie
problemowi niszczenia nawierzchni w wyniku zwiększonego ich obciążenia [45],
a w rzeczywistości są to skutki nakładających się wielu współoddziaływujących czynników.
W Generalnej Dyrekcji Dróg i Autostrad dokonano także analizy rodzajów deformacji
nawierzchni dróg krajowych [11]. Oceniono długości dróg mających określone rodzaje
zniszczeń, a w tym spękań, nierówności powierzchni, istnienie kolein, zdeformowanych
powierzchni oraz właściwości przeciwpoślizgowe. Wyniki przedstawione na rys. 2 wskazują,
że w każdej z kategorii ocenianych zniszczeń stan niezadowalający lub zły stanowi co
najmniej 75% przypadków.
100%
9186,5 7587,6 10388,3 4055,6
6662,6
90%
80%
9469,7
70%
60%
7962,1
4569,4
50%
5931,7
40%
6258,8
30%
2888,9
20%
2658,5
1825,9
10%
1661,4
2318
1114,3
953,6 641,1
643,4
0%
1 2 3 4 5
115,9
Spkania Rów ność Koleiny Pow ierzchnia Właściw ości
przeciw poślizgow e
A B C D
Rys. 2. Stan techniczny dróg krajowych w końcu 2007 r. wg. [11]. Podane liczby określają
ilości kilometrów dróg w znajdujących się określonym stanie:
A - stan bardzo dobry, B - stan zadowalający, C - stan niezadowalający, D - stan zły
3.2. Naprawy czy zapobieganie na etapie inwestycji
Powstające deformacje dróg biorą swój początek w osiadaniach z
le rozpoznanego,
a w konsekwencji tego będącego w różnym stanie zagęszczenia nierównomiernie
i rozłożonego w czasie deformowanego, a w tym osiadającego podłoża. Poczynione na tym
78
etapie błędy niosą za sobą dalsze następstwa, a w tym deformacje warstw podbudowy
i zniszczenia zauważane dopiero wówczas, gdy występują na powierzchniowej warstwie
drogi.
Jak podano we wstępie zasadniczym kierunkiem najczęściej podejmowanych i przeważnie
jedynych napraw są różnorodne powierzchniowe wzmocnienia, które są kosztowne, a przy
deformującym się podłożu również i one nie zapewniają ostatecznego rozwiązania problemu.
Przykładowo jednymi z nowszych sposobów dotyczących likwidowania lub zmniejszania
skutków deformacji, a w tym powstających na polskich drogach kolein, zapadlisk, zagłębień,
czy spękań jest stosowanie różnych metod wzmacniania lub naprawy zniszczonych dróg za
pomocą cienkich nakładek betonowych o grubościach rzędu 100 mm [65]. Podstawową ich
wadą jest dodatkowy koszt wynikający zarówno z ilości potrzebnego do wbudowania
materiału, jak również potrzeby wykonania na istniejącej nawierzchni niejako dodatkowej
inwestycji.
Komplikującymi te zagadnienia są m.in. problemy trwałości wynikające z odpowiedniej
współpracy nowej betonowej lub asfaltowej warstwy z istniejącym naprawianym
bitumicznym podłożem. Jak ocenia Żórawicka [65] wykonanie na zdeformowanej
nawierzchni nakładki z betonu cement. o grub. 75 - 125 cm modyfikowanego polimerami
zawierającymi różne domieszki i dodatki, rodzi nowe problemy eksploatacyjnej trwałości
wynikające choć ażby z różnorodnej odkształcalności niedostatecznie zespalanych ze sobą
materiałów, co powoduje, że maksymalne naprężenia wystąpią na styku warstw (rys. 3). Ten
niekorzystny stan prowadzi do przekroczenia wytrzymałości na ścinanie, co przy
dodatkowym współoddziaływaniu czynnika temperatury może spowodować rozwarstwienia
w płaszczyz
nie połączenia nieodpowiednio zespolonych materiałów i zapoczątkowanie
spękań.
Rys. 3. Stan naprężeń w nałożonej warstwie
w zależności od jej powiązania ze starym podłożem [65]
Kolejne komplikujące efekty naprawy potencjalne problemy to nieodpowiednia grubość
warstwy nakładczej niejednakowe ugięcie się obu części konstrukcji, czy pojawianie się rys
podłużnych na nowo wykonanej warstwie, przed którymi sposobem zapobieżeniem jest
wykonywanie dylatacji, także wymagających odpowiedniej szczelności i trwałości.
Inne systemowe sposoby powierzchniowej naprawy lub wykonywania nowych dróg, to
wzmocnienia nakładanych nawierzchni bitumicznych zbrojeniami poprawiającymi ich
wytrzymałość poprzez przeniesienie naprężeń normalnych przez poziomo układane zbrojenia.
Efekty poprawy uzyskane poprzez alternatywne zbrojenie wzmacnianej nawierzchni siatkami,
a w tym siatkami kompozytowymi w postaci prętów stalowych powlekanych włóknami
szklanymi lub szklano  węglowymi pokazano na rys. 4.
Przedstawiona w pracy [2] doświadczalna porównawcza analiza badania odporności na
zarysowania warstwy bitumicznej wzmacnianej różnymi materiałami wskazuje, że
nieuzbrojona próba została zarysowana w temp. -10oC na głębokość 3 cm po 3 cyklach
79
rozciągania nałożonej warstwy wzmacniającej. Wprowadzenie różnego zbrojenia
geowłókninami i siatkami zbrojeniowymi aż po zbrojenie stalą powlekaną włóknem szklanym
zarysowała się na tą głębokość po co najwyżej 15 cyklach rozciągania. Najbardziej
skutecznym jest wzmocnienie siatką stal. powlekaną włóknami szklano węglowymi (rys. 3).
-10 C próbka porównawcza
7
geowłóknina
6
siatkapoliestrowa
5
4
siatkazbrojeniowa
3
niepowlekana wrstwą
bitumiczną
2
powlekana siatka
1 szklana
0
powlekana siatka
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
szklano-weglanowa/
zbrojenie stalowe
liczba cykli
Rys. 4. Zależność głębokości penetracji rys
w nałożonej niezbrojonej lub zbrojonej warstwie bitumicznej [2]
Omówione przypadki świadczą o dużych problemach naprawczych polskich dróg,
naprawianych jak dotychczas w sposób doraz
ny nie do końca trwałymi technikami. W tych
przypadkach problemy trwałości i jej poprawy - już z konieczności - niemal wyłącznie
sprowadzane się do zagadnień wzmacniania zdeformowanych lub uszkodzonych nawierzchni.
Na tym też skupia się niemal cała obecna zarówno naukowa jak i popularno naukowa krajowa
publicystyka. Może o tym świadczyć choć ażby dominująca tematyka artykułów takich
czasopism jak  Drogownictwo ,  Drogi mosty tunele , czy tematyczne działy  Materiałów
Budowlanych .
3.3. Zasadnicze przyczyny deformacji
Podejmując dyskusję nad przyczyną złego stanu dróg w Polsce przede wszystkim
należałoby dokonać poprawnego i pełnego ustalenia przyczyn powstających zniszczeń.
Zagadnienie można sprowadzić do następujących dwóch grup zagadnień.
" Nawierzchnie ulegają uszkodzeniom, ponieważ w wyniku obciążeń mogą deformować
się poszczególne warstwy konstrukcji drogi projektowane i wykonywane w procesie
budowlanym. Wyeliminowanie tego problemu wydaje się być stosunkowo proste, gdyż
projektowanie, a następnie wytwarzanie lub wykonywanie konstrukcji drogi pod
odpowiednim technicznym i technologicznym nadzorem przy odpowiednim poziomie
realizacji pozwala nadać im odpowiednie parametry wytrzymałości oraz odkształcalności
dostosowanej do projektowego obciążenia.
" Drugą elementarną i zasadniczą przyczyną powstających deformacji są zmienne
uwarunkowania wynikające z właściwości gruntów podłoża niedostatecznie i przeważnie
nieprofesjonalnie rozpoznawanego w procesie budowlanym. Nakładają się na to
zmieniające się właściwości warstw podłoża gruntowego, które poza przypadkami
występowania skał jest nieporównywalnie bardziej odkształcalne od układanych
i dostępnych wykonawcy warstw konstrukcyjnych drogi. Niestety problem ten ciągle nie
jest należycie traktowany, stąd zagadnienia analizowane są w dalszej części referatu.
80
głębokość penetracji rysy [cm]
Generalnie zagadnienie to można by przyrównać do nierozsądnej sytuacji, gdyby np.
w przypadku nadmiernie osiadającego budynku zamiast szukać przyczyn we właściwościach
gruntów pod fundamentami, zajmowano by się pogrubianiem lub podbijaniem odsadzki ławy,
czy stopy fundamentowej.
W jednej ze swych prac prof. M. Gryczmański podaje trafną ocenę kategoryzacji
zagadnień drogownictwa jako dziedziny inżynierii. Kwalifikuje, że zagadnienia
drogownictwa zasadniczo sprowadzają się do dwóch dyscyplin inżynierii; geotechniki
i inżynierii ruchu.
Geotechnika - w jej zakresie zawiera się współpraca budowli z podłożem, a w przypadku
drogi współpraca warstw konstrukcyjnych drogi, które w zasadzie są przecież formą
okresowo i nierównomiernie obciążanej płyty fundamentowej. Dziedzinami geotechniki jest
przecież fundamentowanie, budownictwo ziemne i dominująca część zagadnień budownictwa
podziemnego. Geotechniką są zagadnienia związane ze statecznością zboczy i konstrukcji
oporowych, zastosowaniem geosynteyków, problematyką odwodnień, a w tym z doboru
filtracyjnej stateczności filtrów gruntowych, warstw odsączających i powiązanych z tym
problemów wysadzinowości mrozowej [56].
Inżynieria ruchu wraz z elementami inżynierii miejskiej obejmuje wszystkie zewnętrzne,
a w tym geometryczne parametry drogi począwszy od jej kształtu i pochyleń poprzez
urządzenia, budowle towarzyszące i oznakowania, aż po obarierowania, sygnalizacje, ekrany
dz
więkochłonne i inne elementy i urządzenia infrastruktury drogowej.
4. Obciążenia a stany naprężeń w podłożu dróg
Obciążenia w drogownictwie z wiadomych względów są zagadnieniem złożonym, bo
wynikającym zarówno ze zmieniającego się układu obciążeń statycznych jak i z ruchu
pojazdów i powodowanych nimi obciążeń dynamicznych. Z punktu widzenia zasad
mechaniki gruntów powstaje zatem trudność w określeniu jaka część nacisku pochodzącego
od ruchu pojazdów zostanie przeniesiona na warstwy występujących pod konstrukcją drogi
gruntów, w jakim stopniu zostaną tam przeniesione drgania, do jakiej głębokości będą
oddziaływać te naprężenia i wreszcie jakie skutki w zmianie właściwości i stanu podłoża
nastąpią po określonym czasie użytkowania drogi. Decydują o tym rodzaje i wytrzymałości
warstw konstrukcyjnych drogi, które zgodnie z normą PN-87/S-02201  Drogi samochodowe
nawierzchnie drogowe Podział nazwy określenia , zasadniczo dzielą się na przystosowane do
nacisków od 80 kN/oś do 100 kN/oś a w ostatnim okresie przyjmuje się 115 kN/oś. Pod
względem sztywności dzielą się z kolei na podatne półsztywne i sztywne.
W załączniku Rozporządzenia [48] zawierającym ponad 70 proponowanych typowych
konstrukcji dróg przewiduje zarówno konstrukcje złożone z 4 warstw, a w tym warstw
z betonu asfaltowego o łącznej grubości 51 cm drogi, których zasadnicze nośne warstwy
z podbudową z betonu asfaltowego mają grubość 15 cm, aż po konstrukcje dróg klasy L i D,
w których 3 cm warstwa ścieralna z asfaltu ułożona jest na 14 cm warstwie podbudowy
z gruntu stabilizowanego spoiwem hydraulicznym ( rys. 5).
Z podstawionego układu wynika, zróżnicowana możliwość przenoszenia się obciążeń na
podłoże gruntowe, co zasadniczo warunkuje stopień podatności tych warstw. Pomijając
przestrzegane zasady dostosowywania konstrukcji dróg do określonego natężenia ruchu, to
przecież również bez ograniczeń po drogach o nawierzchniach podatnych mogą poruszać się
pojazdy o najwyższych naciskach na oś. Wówczas zarówno naprężenia jednostkowe
przekazywane przez konstrukcję drogi na grunt jak i głębokość oddziaływania naprężeń są
zupełnie inne niż w przypadkach dróg zaprojektowanych na duże natężenie ruchu.
81
5 Warstwa ścieralna
4 W. ścieralna 3 W. ścieralna
z betonu asfalt.
z asf. lanego z asf. lanego
8 Warstwa wiążąca
11 Podbudowa 14 Podbudowa
z betonu asfaltow.
z betonu zasadnicza z
15
18 Podbud. zasadn.
asfaltowego gruntu stabiliz.
17
z bet. asfaltowego
spoiwem
hydraulicznym
20 Podbud. zasadn.
z krusz. łamanego
mech. lub tłucznia
kamiennego
51
Rys. 5. Zróżnicowane rodzaje stosowanych warstw konstrukcyjnych konstrukcji dróg
Norma Eurocode [27] określa, że przypadku podłoża dróg i lotnisk głębokość rozpoznania
podłoża (za) powinna być nie mniejsza od 2 m poniżej poziomu warstw konstrukcyjnych
drogi, a w przypadku wykonywania konstrukcji obciążających dna wykopów nie mniejsza
niż 2 m, ale także nie mniejsza 0,4 wysokości wyższej skarpy. Określa także, że oddalenie od
siebie miejsc badań geotechnicznych w zależności od uwarunkowań powinno być nie
mniejsze niż co 20  200 m.
W świetle przeglądu krajowych przepisów, norm i wytycznych w tym zakresie pojawiają
się pewne wątpliwości. Można je sprowadzić do kilku podstawowych zagadnień:
1. W jakim stopniu grubości i stopnie sztywności warstw konstrukcyjnych drogi
wpływają na rozkład i zmienności naprężeń w podłożu gruntowym.
2. Czy występujące nawet sporadyczne obciążenia pojazdami, na których naciski nie
zaprojektowano nośności drogi spowodują trwałe przemieszczenia pojawiające
destrukcje nawierzchni. Czy są one, czy nie są spowodowane głównie właśnie
deformacją tej części konstrukcji drogi.
3. Czy dotychczasowe metody i sposoby badań poprawnie ustalające stan i właściwości
podłoża, są poprawnie i czy dają właściwą odpowiedz
umożliwiającą ocenę
i rozwiązanie istniejących problemów.
Rys. 6. Minimalna wymagana głębokość rozpoznania geotechnicznego
pod konstrukcjami dróg i lotnisk wg [27]
Rys. 7. Minimalna wymagana głębokość rozpoznania geotechnicznego
poniżej dna wykopów wg [27]
82
Zagadnieniem badań podłoża i określenia warunków jego nośności zasadniczo określa
Rozporządzenie [48],w którym przewidziano:
" prowadzenie badań potrzebnych do oceny przydatności gruntu podłoża budowli
ziemnych zgodnie z Polskimi Normami,
" wykonywanie badań wysadzinowości gruntu, a w tym kapilarności biernej hk,
wskaz
nika piaskowego WP i pęcznienia liniowego,
" badanie wskaz
nika nośności CBR,
" ocenę zagęszczenia: maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu �ds, wskaz
nika
zagęszczenia Is oraz modułu odkształcenia pierwotnego i wtórnego,
" badania właściwości gruntów antropogenicznych.
W zakresie nośności podłoża drogowej budowli ziemnej przewidziano:
" analizę stateczności budowli ziemnej,
" sprawdzenie nośności podłoża budowli ziemnej.
Dokonując oceny stopnia uszczegółowienia tych zagadnień na poziomie norm,
wykonawczych instrukcji czy wytycznych można uznać, że jest on niezadowalający.
Zagadnienie te zostały pominięte w wydanych 3 tom.  Wytycznych projektowania dróg [61].
4.1. Zagadnienie granicznej nośności
W projektowaniu dróg o sztywnych, lub umocnionych górnych warstwach możliwość
przekroczenia granicznej nośności podłoża występują relatywnie bardzo rzadko, tj.
w przypadkach dróg gruntowych lub występowania w podłożach dróg gruntów słabych, albo
dróg posadowionych na zboczach i nasypach.
Analizy takie wymagają indywidualnego podejścia do każdego z przypadków. Jednakże
rozważając bezpośrednie oddziaływanie nacisku na podłoże zagadnienia te można utożsamiać
z wymiarowaniem stanu granicznego w warunkach statycznych, a w tym analizy rozkładu
naprężeń wywołanych w ośrodku porowatym naciskiem koła. Jest to na tyle istotne, że taki
stan występuje nie tylko na drogach gruntowych, ale także utwardzonych, czy na drogach
o zniszczonej nawierzchni o małej grubości. Obrazem tego jest stan granicznych naprężeń
w podłożu przemieszczającego się koła (rys. 8).
Rys. 8. Rozkład stref naprężeń w gruncie wywołanych naciskiem koła pod kołem
podjeżdżającego po wzniesieniu [18]
83
Pod koła pojazdu jadącego pod górę można wydzielić 2 zasadnicze obszary współpracy
gruntu z kołem, będące jednocześnie strefami potencjalnego wyporu podłoża przed i za
kołem. Różnią się one zasięgiem zarówno wgłębnego jak i powierzchniowego oddziaływania.
W mobilizowanym odporze podłoża w każdej z tych części można wydzielić strefy naprężeń
czynnych przejściowych i biernych wynikające z rozkładu parć wg teorii Rankine a.
W zagadnieniu tym z punktu widzenia potrzeb dokładnych badań jest określenie zasięgu
głębokości stref oddziaływania, która jest zmienna i zależna także od stopnia zagłębienia się
koła w gruncie [1].
W przypadku nacisków na nawierzchnie wzmocnione lub sztywne wielkość zasięgu strefy
potencjalnego zniszczenia, która powodowała by deformację podłoża można przyrównać do
typowego rozkładu powstającego pod fundamentem. Jego zasięg zależny jest od szerokości
płyty uciskającej i kąta tarcia wewnętrznego gruntu w warstwach pod fundamentem do
głębokości nie większych niż półtora szerokości płyty. Zatem w aspekcie tych potrzeb
wystarczające jest rozpoznanie właściwości gruntów do głęb. nie większej niż rzędu 1,5 m.
4.2. Uwarunkowania głębokości badań wynikające z potrzeb określania osiadań
Drugim zagadnieniem są oddziaływania decydujące o deformacjach dróg spowodowane
przemieszczeniami warstw podłoża. Analiza taka wymaga przede wszystkim określenia
naprężeń działających na poszczególnych głębokościach w celu sprawdzenia granicznej
nośności poszczególnych warstw. Wartości naprężeń wywołanych powierzchniowym
obciążeniem w dowolnym punkcie podłoża można wyznaczyć w sposób podany na rys. 9.
Rys. 9. Wyznaczanie naprężeń w dowolnym punkcie podłoża
Przy określaniu obciążeń jednostkowych wywołanych w gruncie naciskiem drogi jest
dość kłopotliwym, gdyż działające zmienne obciążenia użytkowe, które należy traktować jako
obciążenie miejscowe rozkładające się na kierunki poziome przejmowane przez warstwy
sztywne konstrukcji. Ustalenie tej granicy dla każdego przypadku i zakresu obciążenia było
by inne. Jednakże dla zobrazowania znaczenia tego zagadnienia można rozważyć konkretny
przypadek mający na celu określenie tych oddziaływań.
84
4.3. Przykład określenia głębokości oddziaływania nacisków konstrukcji drogi
i obliczenia wynikających z tego osiadań
Jak wiadomo i co udokumentowano w opisanych przykładach tego referatu osiadania
podłoża mogą mieć bardzo istotne znaczenie dla trwałości konstrukcji. W praktyce
projektowej przyjmuje się, że ze względu na przejmowanie obciążeń pionowych przez
naprężenia styczne konstrukcji drogi przekazywane na grunt obciążenia od pojazdów
powodują naprężenia jednostkowe przekazywane na grunt rzędu 20 kN/m2 [19]. Jednakże
w świetle doświadczeń można stwierdzić, że występujące w podłożach warstwy cechuje
niekiedy duża ściśliwość, co przy niewłaściwym zaprojektowaniu wynikającym głównie
z wadliwie wykonanych badaniach podłoża, skutkuje póz
niej nadmiernymi osiadaniami.
Można by przyjąć możliwy przypadek, że na obu pasach ruchu drogi będą stały za sobą
pojazdy o nacisku 115 kN/oś, co może mieć to miejsce np. przy powstaniu kolizji drogowej,
czy przed zamkniętymi przejazdami kolejowymi.
Założenia, że łączna szer. 2 pasów ruchu wyniesie 3,5 m, a odległość między pojazdami
wyniesie 3 m, to szacowana średnia odległość osi pojazdów równomiernie obciążających
drogę wyniesie 6 m, co np. na długości 36 m na każdym pasie ruchu wystąpią naciski od
7 osi, a na powierzchnie drogi zostanie przyłożony łączny nacisk 14 x 115 kN, tj. 1610 kN.
Przy takim przyjęciu obciążona tym naciskiem powierzchnia jezdni o wymiarach 36 x 3,5 m
i powierzchni 126,0 m2, przekaże na podłoże obciążenie 12,77 kN/m2. Pod obciążeniem
fundamentem pasmowym rozkład naprężeń przedstawia się jak na rys. 10.
� d
�z2 d
zmax
�zd = 0,3 �zł
�zł
Rys. 10. Przyjęty do obliczenia osiadań rozkład naprężeń pod obciążoną konstrukcją drogi.
Do ilustracji skutków takiego stanu przyjęto założenie, że podłoże stanowią pyły
piaszczyste, przy założonych 3 realnych niskich stopniach zagęszczenia ID - 0.20, 0.30 i 0.40.
Wartości modułów M0 przyjęto z bezpośrednich badań ściśliwości wykonanych
w konsolidometrze GDS (rys. 18). Wartości podane w normie [32] dla tego gruntu są mocno
zawyżone.
Obliczenia osiadań pod pasmowym obciążeniem drogą wykazały, że duża szerokość drogi
decyduje o dużych wartościach naprężeń dodatkowych na większych głębokościach. Na
głębokości 7 m wynoszą one aż połowę wartości w poziomie posadowienia. Można by w tym
przypadku odnieść się do uregulowań normy, która wskazuje potrzebę sumowania osiadań do
głębokości, na której naprężenia dodatkowe stanowią 0,30 wartości naprężeń dodatkowych.
Jednakże nie można zapominać o impulsie wynikającym z oddziaływań dynamicznych [16].
85
Tablica 1. Obliczenie spodziewanych osiadań obciążonego statycznie pyłu piaszczystego
jako podłoża drogi przy zróżnicowanych stopniach zagęszczenia
�zd M0 s M0 s M0 s
h z
ID = 0,2 ID = 0,2 ID = 0,3 ID = 0,3 ID = 0,4 ID = 0,4
Lp. z/B �
[m] [m]
[kN/m2]
[MPa] [mm] [MPa] [mm] [MPa] [mm]
1. 1,0 0,5 0,08 0,99 12,64 6,3 4,2 0,58
2. 1,0 1,5 0,25 0,90 11,50 5,7 3,8 0,75
3. 1,0 2,5 0,42 0,82 10,47 5,2 3,5 0,46
4. 1,0 3,5 0,58 0,75 9,58 4,8 3,2 0,43
5. 1,0 4,5 0,75 0,68 8,68 4,3 2,8 0,39
2,0 3,0 18,0
6. 1,0 5,5 0,92 0,58 7,41 3,7 2,5 0,33
7. 1,0 6,5 1,08 0,50 6,38 3,2 2,1 0,30
8. 1,0 7,5 1,25 0,45 5,75 2,9 1,9 0,29
9. 1,0 8,5 1,21 0,44 5,62 2,8 1,8 0,29
10. 1,0 9,5 1,35 0,43 5,49 2,7 1,8 0,29
Ł osiadań (mm) 41,6 24,1 3, 8
4.4. Naprężenia i przemieszczenia wywoływane działaniem sił dynamicznych
Szczególnie w ruchu kolejowym, ale także w przypadkach dróg o zdeformowanej
nawierzchni pionowe ruchy i drgania pojazdów wywołują ich przenoszenie na sztywne części
konstrukcji drogi i dalej na jej podłoże.
Są to oddziaływania parasejmiczne, powstające także pod konstrukcjami dróg w postaci
fal podłużnych i poprzecznych, które wygasają z głębokością, a których uwarunkowania
oddziaływania i zasięgu w gruncie przedstawione m.in. w pracach [1,23] zależą od:
" wielkości energii wzbudzanej w z
ródle,
" sposobu wzbudzania,
" ciągłości i przebiegu wzbudzania,
" zmian położenia z
ródła względem odbiornika drgań,
" zmian położenia z
ródła względem powierzchni gruntu.
Zasięg tych oddziaływań jest duży i w miejscach najwyższych kumulacji fal może
wynosić kilka metrów. Wynika stąd potrzeba rozpoznania cech gruntów także głębszego
podłoża, gdyż oddziaływania te obok pionowych naprężeń dodatkowych decydują
o osiadaniu znajdujących się tam gruntów, co w tym przypadku jest bardzo istotna. Z tego
względu ograniczenie badań cech wytrzymałościowych gruntu jedynie na podstawie oznaczeń
metodą CBR, czy powszechnie obecnie stosowanej płyty VSS sprawia, że z badań tych
uzyskujemy jedynie informacje o głębokości podłoża równej średnicy wciskanej płyty.
Drugą istotną informacją wynikającą z tego przykładu jest wykazanie jak różne mogą być
spodziewane osiadania wówczas, gdyby stopień zagęszczenia wynosił 0.20, 0.30 lub 0.40.
Różnice osiadań w tych przypadkach wyniosą 3,6; 2,1 i 0,3 cm (tabl. 1).
Stan ten w przypadku gruntów niespoistych powoduje dogęszczanie warstw podłoża
znajdujących się w zasięgu tych oddziaływań, a w przypadku gruntów spoistych, będących
w stanie plastycznym lub miękkoplastycznym prowadzi do ich upłynnienia i związanej z tym
dużej utraty wytrzymałości.
86
odkształcenia
pomierzone
odkształcenia
obliczone
długość toru [m]
Rys. 11. Pomierzone i obliczone pionowe przemieszczenia w konstrukcji nasypu kolejowego
wywołane przejazdami pociągu o różnych prędkościach jazdy [23]
Rys. 12. Osuwisko skarpy i położonej na niej drogi w Dychowie
powstało spowodowane upłynnieniem się drobnoziarnistych niezagęszczonych,
nawodnionych drobnoziarnistych piasków
87
siły [kN]
przemieszczenia przy różnych prędkościach [mm]
Jak wykazał Madshus [23] przy prędkości pociągu o naciskach na tor rzędu 100  200 kN
powstają amplitudy pionowych przemieszczeń od 7 mm przy prędkości pociągu 70 km/godz,
poprzez 10 mm przy 180 km/godz., aż po prognozowane 20 mm przy prędkości 250 km/godz.
Zjawisko to jest groz
ne także w drogownictwie, co było wynikiem współdziałania drgań i sił
filtracji w przypadku deformacji drogi pokazanej na rys. 1, a także znanej katastrofy skarpy
rozgraniczającej zbiornik wyrównawczy i stanowisko elektrowni wodnej w Dychowie.
W kwietniu 1987 r. przejeżdżające ciężkie pojazdy po położonym na półce skarpy odcinku
drogi krajowej nr 287 relacji Nowogród Bobrzański  Krosno Odrzańskie spowodowały na
tyle duże drgania, że zostało uruchomione osuwisko pokazane na rys. 12.
Skutki zniszczeń tego były ogromne. W następstwie wytworzenia się w korpusie skarpy -
będącej jednocześnie podłożem funkcjonującej prawdopodobnie od ok. 1936 r. drogi fali
drgań, powstało rozległe czaszowe osuwisko o dług. ponad 50 m i wysokości 31m (rys.12).
W wyniku czego fragmenty nawierzchni drogi zostały przemieszczone do poziomu podstawy
skarpy, tj. znalazły się 24 m niżej od pierwotnej niwelety jezdni. Osunęły się ogromne ilości
gruntu, a energia zsuwających się mas ziemnych była tak duża, że w murowanej ścianie
niewidocznej na rys. 12 części budynku elektrowni została wybita wyrwa o wym.: ok. 6x6 m,
a duże ilości grunty znalazły się wewnątrz elektrowni.
Przyczyna tego zjawiska, wyjaśniona m.in. w pracach [58, 59], spowodowana była trzema
powodami. Pierwszym z nich to wykonanie całej konstrukcji na naturalnym zboczu utworów
czwartorzędowych, gdzie występowały przewarstwienia równoziarnistych gruntów
niespoistych, a w tym drobnoziarn. piasków o d50 = 0,1 mm i wskaz
niku różnoziarnistości
U = 1,5.
droga
powierzchnia skarpy przed katastrofą
strefa poślizgu
Rys. 13. Przekrój powstałego osuwiska z budową geotechniczną
niezagęszczonego podłoża [59]
Drugim powodem było stosunkowo wysokie zwierciadło wody gruntowej powiązanej
w pewnym stopniu z położonym wyżej zbiornikiem gromadzącym wodę do celów
energetycznych, a dolnym zbiornikiem wodnym. Spadek hydrauliczny na odcinku długości
zbocza był duży i kształtował się w granicach 17%. Najistotniejszą przyczyną, ale ściśle
powiązaną z powyższymi były bardzo niskie stopnie zagęszczenia dominujących piasków
drobnych o stopniu zagęszcz. ID rzędu 0,15 i mniejszych, lokalnie przewarstwianych równie
niezagęszczonymi piaskami średnimi (rys. 13). Na taki stan uwarunkowań geotechnicznych
nałożyło się zjawisko upłynnienia gruntu w wyniku mechanicznych wstrząsów. Występuje
ono często jako przyczyna wielu katastrof budowli hydrotechnicznych w strefach o dużej
aktywności sejsmicznej.
88
Mechanizm zniszczenia wyjaśnia się następująco [7]. W czasie pojawienia się nawet
krótkookresowych wstrząsów, których możliwe wartości przedst. na rys.11, w nawodnionych
drobnoziarnistych piaskach następuje cykliczne zjawisko lokalnego oddalenia się od siebie
ziaren piasku, co powoduje chwilowy brak kontaktu typu minerał - minerał. Wówczas kąt
tarcia wewn. gruntu Ś z wartości rzędu 26o, chwilowo spada do 2 - 3o. Jeśli interferencja fali
drgań obejmie większy obszar, wówczas powoduje to tam gwałtowny spadek wytrzymałości,
powstanie lokalnego przemieszczenia, co z kolei wywoła utratę wytrzymałości warstw
zalęgających wyżej i początkuje osuwisko.
Przykład ten ma niezwykle istotne znaczenie w problematyce badań geotechnicznych
niemal we wszystkich przypadkach, gdyż jak wykazano w tabl. 1 oddziaływanie naprężeń
nawet na (nie analizowanej na ogół w drogownictwie) głębokości 5,0 m pod powierzchnią
drogi naprężenia od konstrukcji mogą wynosić nawet 50% wartości naprężeń występujących
bezpośrednio pod konstrukcją drogi. Uwzględniając przy tym wielkości omówionych wyżej
drgań powodowanych ruchem pojazdów mogą powodować deformacje podłoża, a nawet
katastrofę, jak na rys. 12. Podany przykład jest dowodem jakie skutki, może spowodować
brak właściwego rozpoznania podłoża.
Powstawanie kolejnych podobnych zdarzeń w posadawianiu dróg na nieodpowiednich
a nierozpoznanych gruntach może być niekiedy tylko sprawa czasu. Wynika to ze
spodziewanych skutków powszechnie funkcjonującego w Polsce powierzchownego
określania rodzajów i stanów gruntów w czasie prowadzenia wierceń - a nie w laboratorium,
a także z nieprofesjonalnych interpretacje parametrów. Nakłada się na to problem stosowania
nieodpowiedniego sprzętu m.in. do badań stopnia zagęszczenia metodą sondowania, czy
wreszcie wykonywanie tych wszystkich czynności przez osoby bez należytego inżynierskiego
wykształcenia, co zostanie omówione w p. 5.
5. Uwarunkowania prawne i problem wykonywania badań geotechnicznych w Polsce
W zagadnieniach drogownictwa, podobnie jak w kilku innych dziedzinach budownictwa
problem poprawnego rozpoznania podłoża gruntowego często traktowany jest drugorzędnie.
Nie uznawanie podłoża jako części konstrukcyjnej budowanego obiektu i utożsamianie
technicznych badań gruntów z rozpoznaniem geologicznym, jest nieuzasadnionym
mieszaniem geologii z geotechniką.
Praktyka taka dość powszechnie pokutuje także w polskim drogownictwie  co niewątpliwie
stanowi wyjątek w skali światowej i jest podstawowym powodem powszechnie złej jakością
dróg (rys. 1, 14). Przyczyn złego stanu dróg należy szukać nie tyle w konstruowaniu warstw,
gdyż sprzęt, technologie i materiały są przecież podobne, lecz w wadliwiej ocenie fizycznych
i technicznych parametrów podłoża gruntowego. Jak podaje Winston i współautorzy [57]
w W. Brytanii na badania geotechniczne w drogownictwie przeznacza się od 0,2 do 1,0%
kosztów inwestycji. W Polsce zakres tych badań jest nieporównywalnie szczuplejszy.
Dotyczy to także badań kontroli zagęszczenia gruntów, w których wiarygodne metody
oznaczeń gęstości zastępuje się innymi uproszczonymi nierzadko wadliwymi próbami
oznaczeń. Skutkiem tego są wyniki badań i określane na ich podstawie dalsze parametry,
najczęściej nie mające wiele wspólnego z rzeczywistością a podawane w dokumentacjach
geologiczno  inżynierskich parametry, wskazania i zapisy stanowią się dla zleceniodawcy,
projektanta, czy wykonawcy podstawowe i najczęściej jedyne z
ródło informacji o rodzajach
i właściwościach gruntów.
89
Rys. 14. Przykład powtarzających się po naprawach uszkodzeń drogi
posadowionej na gruntach wysadzinowych
Geneza wadliwego podejścia do badań podłoża w Polsce datuje się od lat 50. ubiegłego
stulecia, kiedy to naśladując wzorce ze Wschodu wykonywanie badań geotechnicznych
przekazano na zasadzie monopolu powołanym w tym celu przedsiębiorstwom geologicznym,
a wielu geologów bezkrytycznie uwierzyło w swoje kompetencje budowlane. W pewnym
okresie ilość popełnianych błędów była tak duża, że w latach 70. w Min. Budownictwa
powołano specjalną komisję  antypalową , której zadaniem była weryfikacja projektów
posadowienia obiektów na palach, realizowanych na podstawie zaleceń zawartych
w dokumentacjach geologiczno - inżynierskich [4].
Niestety nieprawidłowość ta dość powszechnie funkcjonuje także obecnie, a dodatkowo
umacnia ją omówione niżej rozporządzenie Ministra Środowiska uprawniające absolwentów
geologii m.in. do opracowywania i wykonywania ściśle technicznych zadań, do realizacji
których należy ukończyć zawodowe studia politechniczne w zakresie budownictwa [50].
Omówienie tego problemu wymaga przede wszystkim dokonania oceny profilu studiów
dających przygotowania do pełnienia określonych funkcji budowlanych, a także
zdefiniowania podstawowych pojęć i wykazanie różnic pomiędzy geologią i geologią
inżynierską, a geotechniką.
5.1. Definicje i pojęcia
W celu właściwego uszeregowania kompetencji, możliwości i zadań przytoczono kilka
istotnych definicji ze z
ródeł będących kompetentnymi w zakresach określonych dyscyplin.
W zakresie geologii zaczerpnięto je ze słownika geologiczno, autorstwa niekwestionowanych
specjalistów tej dyscypliny [38].
" Geologia to dziedzina nauki zajmująca się historią i budową ziemi, a szczególnie jej
zewnętrznych stref.
" Geologia inżynierska  dział geologii zajmujący się wpływem działalności technicznej
człowieka na przypowierzchniową część skorupy ziemskiej oraz wpływem budowy
geologicznej i procesów geologicznych na tą działalność [38]. Nauka ta była
zapoczątkowana przez inż. W. Smith a (1769 1839)  ang. budowniczego kanałów,
linii kolejowych i wysokich zapór wyodrębniła się jako gałąz
geologii dopiero
w latach 20 ubiegłego stulecia, jako wiedza oparta na praktyce i doświadczeniu
pomocna inżynierowi w rozwiązaniu zagadnienia geotechnicznego [12].
90
" Dokumentacja geologiczno-inżynierska to dokumentacja geolog. [38], zawierająca
rozpoznanie budowy geologicznej oraz prognozę zjawisk i procesów geologicznych
i związanych z tym badań gruntów i wód. Zjawiska i procesy geologiczne to np.
uskoki tektoniczne, trzęsienia ziemi, makroosuwiska, tąpnięcia, czy zjawiska krasowe.
Rolą tej dokumentacji, wykonywanej w koniecznych przypadkach, jest uzupełnienie
dokumentacji geotechnicznej, jeśli wystąpi potrzeba określanie zjawisk i zagrożeń
podanych w definicji.
W żadnym z tych pojęć nie zawiera się działalność mająca na celu określanie do potrzeb
budowlanych, jakże skomplikowanych parametrów technicznych gruntów, badanych
specjalistycznym sprzętem geotechnicznym, co przede wszystkim wymaga bardzo dobrej
znajomości mechaniki gruntów (rys.15). Zajmującą się tym dyscypliną, będącą obecnie
specjalizacją uprawnień konstrukcyjno  budowlanych jest geotechnika.
" Geotechnika - to interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki dotycząca badań
podłoża gruntowego do celów projektowania, wykonywania i kontroli budowli
ziemnych i podziemnych, fundamentowania, konstrukcji budowlanych, dróg, linii
kolejowych, lotnisk itp. [37,39], a będąca jej częścią - inżynieria geotechniczna
zajmuje się projektowaniem i realizacją rozwiązań i konstrukcji geotechnicznych.
Dyscyplina ta jako specjalność budownictwa oparta jest na 3 zgrupowanych
dziedzinach wiedzy. Najobszerniejszą z nich to grupa przedmiotów należących do
mechaniki stosowanej, a także przedmioty zaliczane do materiałoznawstwa oraz
elementy z dziedziny nauk geologicznych. W zasadzie stanowią je geologia
inżynierska, litologia i hydrogeologia.
Wiodącymi gałęziami wiedzy w geotechnice jest wszechobecna niemal we
wszystkich jej problemach mechanika gruntów, a także po części hydrogeologia
inżynierska - rozumiana jako nauka rozwiązująca na bazie praw hydrauliki problemy
ruchu wody w ośrodkach porowatych hydrotechnicznych konstrukcji ziemnych oraz
w podłożach gruntowych różnego rodzaju budowli.
Problemom badań geotechnicznych w wymienionym zakresie, poświęconych jest
ponad 30 tematycznych norm krajowych oraz II część normy Eurocode - 7 [27].
Na bazie wiedzy wymienionych przedmiotów geotechnika, jako dział budownictwa
i inżynierii lądowej rozwiązuje zagadnienia techniczne 4 grup dyscyplin wymienionych
w dolnej części schematu podanego na rys. 15. Z kolei te zagadnienia w ogólnym ujęciu
objęte są tematyką Części normy Eurocode - 7 [26].
" Dokumentacja geotechniczna - to dokumentacja techniczna zawierająca szczegółowe
wyniki badań geotechnicznych gruntu, określenie obliczeniowych parametrów
geotechnicznych, analizy i obliczenia oraz ustalenie geotechnicznych warunków
posadowienia obiektów budowlanych we wszystkich kategoriach geotechnicznych.
" Podłożem budowlanym jest część podprzestrzeni w otoczeniu i poniżej posadowienia
budowli, w obszarze której występują współoddziaływania naprężeń i budowli.
Grunty występujące w tej strefie traktowane są jako część budowli i powinny być
badane według takich samych zasad jak inne materiały budowlane.
91
Rys. 15. Powiązanie geotechniki z innymi dziedzinami wiedzy
Tematyka referatu, badania geotechniczne w drogownictwie i ich znaczenie, wymaga
także zdefiniowania pojęcia badań.
" Badanie wg [10] jest czynnością naukową w celu ścisłego i dokładnego poznania
rzeczywistości.
Zatem wykonywanie badań jako najwyższego poziomu działalności w określonym
tematycznym obszarze, w każdym przypadku wymaga przede wszystkim bardzo dobrej
znajomości dyscypliny, w której działalność badawcza jest prowadzona.
5.2. Kwalifikacji do prowadzenia badań geotechnicznych
Wykonywanie badań właściwości gruntów do potrzeb budowlanych wymaga posiadania
odpowiedniego wykształcenia i uprawnień.
Inżynier geotechnik oprócz bardzo dobrej znajomości mechaniki gruntów musi
wykazywać wiedzę z takich dyscyplin jak matematyka, fizyka, chemia, geologia oraz
posiadać dobrą znajomość mechaniki ogólnej, mechaniki budowli z wytrzymałością
materiałów, hydrauliki, konstrukcji budowlanych i całego szeregu nowoczesnych technik
i technologii geotechnicznych związanych z fundamentowaniem, budownictwem ziemnym,
drogownictwem, czy z budownictwem podziemnym (rys. 15).
Nie powinien on jednocześnie zapominać o tym, że grunty budowlane ukształtowały się
w swoim złożonym układzie w czasie i przestrzeni w wyniku procesów geologicznych. Z tego
względu biorąc pod uwagę sekwencję i kształt przestrzenny warstw gruntowych w każdym
badaniu podłoża jedna z pierwszych czynności jest rozpoznanie geologiczne tereny badań.
Jednakże nabyta w okresie studiów na wydziałach budownictwa i inżynierii znajomość
geologii jest wystarczająca. W przypadkach bardziej złożonych wynikających głównie
z komplikacji wynikających z nieprzewidzianych zjawisk i procesów geologicznych (p. 5.1)
potrzebna jest pomoc geologa, jako specjalisty w zakresie geologii inżynierskiej.
Obecnie nie ma w Polsce przewidzianego w art. 34 p. 6 Prawa Budowlanego
rozporządzenia regulującego kwalifikacje do ustalania geotechnicznych warunków
posadowienia obiektów budowlanych. Wydane w 1998 roku rozporządzenie Ministra Spraw
92
Wewnętrznych i Administracji w sprawie ustalania warunków posadowienia obiektów
budowlanych określa jedynie zakresy i rodzaje badań geotechnicznych - co jedynie jak należy
rozumieć realizuje inżynier geotechnik. Natomiast w ż8 p.2 stanowi się, że dla obiektów
zaliczanych do III kategorii geotechnicznej poza dokumentacja geotechniczną należy
wykonać dokumentacje geologiczno inżynierską - co zgodnie z Prawem budowlanym jest
jedyną rola geologa inżynierskiego w procesie budowlanym.
Norma Eurocode 7 [26] wymaga, że  dane wymagane do projektowania są zbierane,
rejestrowane i interpretowane przez osoby z odpowiednimi kwalifikacjami , podobnie jak to,
że obiekty budowlane są projektowane przez osoby z odpowiednimi kwalifikacjami
i doświadczeniem.
W zasadzie kryteria kwalifikacji określa w art. 12 Prawa budowlanego, & samodzielną
funkcją w budownictwie jest działalność związana z koniecznością fachowej oceny zjawisk
technicznych&  , a komentarz do tego zapisu dodatkowo wyjaśnia, że  funkcją tą jest także
okazjonalne wykonywanie działalności związanej z koniecznością fachowej oceny tych
zjawisk [3]. Zatem każda samodzielna działalność techniczna procesu inwestycyjnego,
a w tym wykonywanie technicznych badań podłoża bez wymaganych uprawnień
budowlanych jest naruszeniem prawa. Jeśli przez analogię każdy produkowany materiał
budowlany musi uzyskać aprobatę wydaną w uprawnionej do tego instytucji (IBDiM, ITB),
a każda receptura np. betonu musi być zaakceptowana przez inżyniera konstruktora
z uprawnieniami, to jest oczywistym, że również parametry techniczne właściwości gruntów,
a w tym wykonywanie badań jako elementu zadań procesu budowlanego wymaga równie
wysokich technicznych kwalifikacji. Z tego względu i nie mogą tego wykonywać osoby bez
wymaganego technicznego wykształcenia, uprawnień budowlanych i bez ubezpieczenia
w Izbie. Zgodnie z art. 91 p. 2 Prawa budowlanego wykonywanie takiej działalności, jeśli
stanowi ona element dokumentacji wymagających uprawnień budowlanych podlega karze.
Między innymi z tego powodu wykonywanie tych ściśle technicznych funkcji przez
absolwentów geologii jest niewytłumaczalnym nieporozumieniem zarówno pod względem
prawnym, ale przede wszystkim z powodu braku merytorycznego ich przygotowania.
O ile każdy uczestnik procesu budowlanego, a w tym inżynier geotechnik musi ukończyć
odpowiednie politechniczne studia, odbyć merytoryczną praktykę i uzyskać odpowiednie
uprawnienia budowlane, to absolwent geologii kształcony w zupełnie innym kierunku nie
uzyskuje nawet zarysu takiego przygotowania. W programach nauczania wydziałów geologii
w Polsce nie prowadzono i nie prowadzi się kształcenia w zakresie mechaniki gruntów,
mechaniki ogólnej, mechaniki budowli, wytrzymałości materiałów, hydrauliki, konstrukcji
budowlanych i całego szeregu nowoczesnych technik i technologii geotechnicznych
związanych z fundamentowaniem, budownictwem ziemnym, drogownictwem, czy
z budownictwem podziemnym. Z tego względu wykonywane przez nich jako uczestników
procesu budowlanego zadania w dziedzinie budownictwa, a tym bardziej prowadzenia badań i
określania właściwości materiału gruntowego jako jednego z najtrudniejszych
geotechnicznych zagadnień w procesie budowlanym nie może mieć miejsca. Z tych
powodów geolog w żadnym przypadku nie może zastąpić geotechnika, gdyż profesjonalnie
są to dwa różne zawody.
Porządek ten nie jest złamany w żadnym innym znanym autorowi kraju. Na świecie od
1936 r. inżynierowie geotechnice zrzeszeni są w ponad 17 tys. światowej organizacji
International Society for Soil Mechanics and Geoengineering. Merytorycznie pilotuje ona
wydawnictwa norm geotechnicznych i wydaje znane periodyczne czasopisma w tym zakresie.
W Polsce członkiem tego stowarzyszenia za członkowie Polskiego Komitetu Geotechniki
zrzeszającego prawie pół tysiąca inżynierów tej specjalności.
93
Autorami wszystkich norm geotechnicznych, rozporządzeń, podręczników instrukcji, czy
organizacji konferencji geotechnicznych są inżynierowie lub pracownicy nauki z zakresu
geotechniki.
Natomiast Prawo geologiczne z 2005 r. określa, że jeśli wykonają robotę geologiczną
w ramach badań do potrzeb budownictwa (za którą uznano wykonanie każdej czynności
poniżej powierzchni ziemi), zgodnie z art. 91 Prawa geologicznego podlega karze.
W krajowym Rozporządzeniu o klasyfikacji zawodów [ 51] zawód geologa, podobnie jak
geografa, czy oceanologa zaliczony jest do grupy specjalistów nauk o ziemi, natomiast
w grupie zawodowej  inżynierowie budownictwa i inżynierii środowiska pod nr 214206
znajduje się inżynier geotechnik. Również w zakresie specjalności naukowych zakresie
specjalności geologia zaliczana jest do grupy nauk o ziemi, a geotechnika do nauk
technicznych w zakresie budownictwa.
5.3. Kuriozalny stan prawny w zakresie wykonywania badań geotechnicznych
Pomimo wymienionych wyżej uwarunkowań i wymogów określonych prawem
budowlanym w zakresie realizacji zadań przewidzianych art. 34 p. 4. Prawa budowlanego,
gdzie określa się, że  w zależności od potrzeb projekt budowlany powinien zawierać wyniki
badań geologiczno - inżynierskich oraz geotechniczne warunki posadowienia . Warunki te
podane są w Rozporządzeniu Min. SWiA z 1998 r. [47].
Ministerstwo Środowiska pomijając niezgodność wykształcenia na kierunkach geologii
z merytorycznymi kwalifikacjami potrzebnych geotechnikowi, nadaje w tym zakresie własne
uprawnienia [50] i wydaje własne szczegółowe rozporządzenie [49] określające zakresy
realizacji zadań. Niestety nie ograniczają się one do zakresu badań geologiczno -
inżynierskich, których potrzebę wynikającą ze wskazań geotechnika lub projektanta
konstrukcji geotechnicznej mógłby on realizować w celu ustalenia uwarunkowań
wynikających ze zjawisk lub procesów geologicznych. Uprawnienia te przejmują niemal
całość badań geotechnicznych z wykonywaniem dokumentacji geotechnicznych włącznie.
Dla usankcjonowania tego w 2005 r. zmieniono także Prawo geologiczne.
O ile poprzedni zapis Prawa geologicznego z 2001 r. [63] wyłączał prace dotyczące
ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych z zakresu robót
geologicznych -  rozumianych jako wykonywanie w ramach prac geologicznych wszelkich
czynności poniżej powierzchni ziemi , to jego nowela z roku 2005 [64] włączyła tą ściśle
techniczną działalność w zakres robót geologicznych. W konsekwencji art. 31 tej ustawy
oznacza to, geotechniczne warunki posadowienia mogą ustalać jedynie te osoby, które
zgodnie z ż 8 i 9 Rozporządzeniem Ministra Środowiska [50] ukończyły studia na kierunkach
geologicznych i posiadają tytuł zawodowy magistra geologii lub magistra inżyniera geologii i
górnictwa. Ponadto art. 121 określa, że wykonywanie wierceń bez tych kwalifikacji jest
karane grzywną, co w efekcie uniemożliwia inżynierom geotechnikom wykonywanie badań
terenowych przewidzianych w Rozporządzeniu Prawa budowlanego  a więc wykonywania
zawodu[43].
Także, jak wskazuje krajowa praktyka - uzyskiwanie uprawnień geologicznych odbywa
się bez należytego przestrzegania wymogów określonych Rozporządzeniem [50]. Określa
ono, że kandydat musi odbyć 3 letnią praktykę obejmującą bez nakreślenia ilości godzin
odbycie stażu przy dozorowaniu prac geologicznych, sporządzaniu dokumentacji geologiczno
inżynierskich i praktykę w laboratorium mechaniki gruntów. Laboratoria takie we właściwym
sensie tego słowa znajdują się w zasadzie tylko na uczelniach technicznych i kilkunastu
w kraju innych jednostkach badawczych, gdzie zatrudnieni są specjaliści geotechniki.
Ponadto, bez szeregu merytorycznych podstaw, a w tym znajomości mechaniki gruntów
i innych dyscyplin stanowiących jej podstawę, praktyka taka nie ma sensu.
94
Dobrze znając wiele krajowych ośrodków geotechnicznych nie znam przypadku, żeby
absolwenci geologii odbywali w nich staż do potrzeb uprawnień geologiczno inżynierskich.
Chyba, że przez laboratorium mechaniki gruntów komisje egzaminacyjne uznają laboratoria
różnorodnych firm geologicznych, których kadrę stanowią tak samo przygotowani specjaliści
jak odbywający praktykę kandydat. Z tego powodu zapis ten w realizacji jest fikcją. Jak
wynika z powszechności, nadawania tych kwalifikacji tolerują to komisje, które zgodnie
z Rozporządzeniem [50] powoływane są przez marszałka województwa. Komisję stanowi
4-osobowy skład, którego jedynie przewodniczący musi posiadać uprawnienia geologiczne
jakie nadaje, natomiast pozostałe 3 osoby to specjaliści z prawa geologicznego, prawa
górniczego lub prawa, którzy mogli skończyć studia na kierunkach geologii, górnictwa
i geologii, prawa, lub budownictwa. Może zatem zdarzyć się tak, że o uprawnieniach do
wykonywania technicznych badań gruntów do potrzeb budownictwa magistrowi geologii
może decydować jeden magister geologii, który przewodniczy komisji złożonej np.
z 3 prawników.
Wprowadzono zatem kuriozum prawne, z którego wynika, że ściśle techniczne uprawnienia
w zakresie budownictwa nadawane są przez organy Ministerstwa Środowiska przez komisje
geologiczne zupełnie nie przygotowanym do tych zadań geologom.
Pozostaje to w głębokiej sprzeczności z normą Eurocode - 7, z omówiony w tym zakresie
w p. 5.2 Prawem budowlanym oraz z Rozporządzeniem o samodzielnych funkcjach
technicznych w budownictwie, które w specjalności konstrukcyjno  budowlanej nadaje
uprawnienia o specjalizacji geotechnika.
Równie daleko kompetencje prawa budowlanego naruszone są przez Rozporządzenie
Ministra Środowiska w sprawie szczegółowych wymagań jakim powinny odpowiadać
dokumentacje geologiczno  inżynierskie, ogłoszone w 2006 r. [13]. Nie ogranicza się ono do
badań geologiczno  inżynierskich, które w budownictwie powinny sprowadzać się do oceny
zagrożeń wynikających z procesów geologicznych lub oceniać wpływ inwestycji na procesy
geologiczne, ale zajmuje się szerokim zakresem czynności ściśle technicznych, obejmujących
badania i ustalenia przynależne dokumentacjom geotechnicznym, a w tym w obszarach
różnych tematycznych zagadnień jak m.in. posadowienia obiektów i budownictwo ziemne.
W dokumencie tym przypisywane są geologom bardzo szerokie kompetencje budowlane to
m.in.:
" określania właściwości mechanicznych gruntów,
" określania założeń technicznych i konstrukcyjno  budowlanych obiektu,
" oceny stanu istniejących obiektów budowlanych,
" opracowywania wskazań dotyczących sposobu racjonalnego posadowienia obiektu,
" opracowywania wskazań dotyczących posadowienia obiektów na terenach morskich,
" opracowywania zaleceń do prowadzenia monitoringu wszystkich obiektów bud., w tym
nasypów, wykopów, kanałów, mostów itp.,
" określania przydatności gruntów z wykopów do budowy zapór ziemnych, obwałowań,
czy nasypów konstrukcyjnych.
6. Badania podłoża gruntowego i skutki błędów
Część półprzestrzeni znajdująca się w zasięgu oddziaływania budowli  zwana podłożem
budowlanym, wraz z fundamentem, lub konstrukcją drogi stanowi integralną część budowli,
w której rządzą prawa mechaniki, wytrzymałości materiałów i hydrauliki. Właściwości
fizyczne i mechaniczne mają bezpośredni wpływ zarówno na stateczność obiektu, jego
osiadania, czy warunki realizacji. Zasięg tej strefy w każdym przypadku może być inny, co
95
bardziej szczegółowo określają m. in. ustalenia normy fundamentowej [32], ale generalnie dla
obiektów naziemnych głębokość ta jest nie mniejsza niż 5 m i na ogół nie przekracza 30 m.
W przypadku budowli drogowych są to głębokości podane w p. 4.
Występujący w tej strefie grunt stanowi materiał budowlany, który musi być badany
w podobny sposób jak inne materiały budowlane. Jednakże w odróżnieniu od materiałów
wytworzonych przez człowieka grunty są wytworem przyrody, przez co mają szczególnie
złożone i skomplikowane właściwości jakich nie da się ująć w tabelach, wykresach czy
aprobatach. Było to powodem kształtowania, a potem powstania mechaniki gruntów, będącej
gałęzią mechaniki technicznej, której początki datowane są od ok. 230 lat temu, a rozwój
nowoczesnej mechaniki gruntów datowany jest od prac Terzghi ego wydanych po 1935 r. [4].
W ten sposób wraz z rozwojem inżynierii i budownictwa powstała nowa specjalność
inżynierii nazwana początkowo geotechnologią, następnie geotechniką a od wczesnych lat 70.
inżynierią geotechniczną, w której mechanika gruntów i skał jest nauką podstawową i z której
wywodzi się nowa specjalność zawodowa inżyniera geotechnika.
Należy pamiętać, że norma gruntowa wydziela ponad 25 rodzajów gruntów. Ich
techniczne właściwości mogą się zmieniać wraz ze zmianą: wilgotności, obciążeń, drgań,
temperatur, czynnika czasu, a także zmiany układu warstw rozumianego jako zmiany
materiału bud. na inny. Zależą one także od historii obciążenia i złożoności wynikających
z współwystępowania tych uwarunkowań, które w każdym z gruntów może być inne.
6.1. Problem korzystania z parametrów podawanych w normie PN-81/B 03020
W krajowej praktyce badawczej od ponad 25 lat z jedynego z
ródła umożliwiającego
bezproblemowe określanie parametrów fizycznych i mechanicznych gruntów jakim jest kilka
wykresów i tabel w normie PN-81/B 03020 korzystają niemal wszyscy wykonawcy
różnorodnych dokumentacji geol.-inż. - bezpodstawnie nazywanych obecnie dokumentacjami
geotechnicznymi. Kwestionowanie kwalifikacji do ich wykonywania omówiono p. 5.3.
Rozpowszechniona praktyka w tym zakresie nie tylko uwstecznia rozwój badań i postępu
w dziedzinie oceny właściwości szeroko rozumianego podłoża budowlanego, ale prowadzi do
określonych stale powtarzanych błędów. Jednym z nich są zależności podane na rys 5 normy
[32], z których m.in. wynika, że spójności bardziej spoistych gruntów zaliczanych do grupy C
tj. gruntów, które stanowią gliny piaszczyste zwięzłe, gliny zwięzłe i gliny pylaste zwięzłe
mają spójności mniejsze od gruntów zaszeregowanych do genetycznej grupy gruntów
zaliczonych do linii A ( rys.16a), którymi są piaski gliniaste, pyły piaszczyste i pyły.
a) b)
Rys. 16. Porównanie błędnych wartości spójności podanych w PN-81/B 03020
z wartościami z pracy Wiłuna [56]
96
Jak wiadomo o spójności gruntu decyduje zawartość frakcji iłowej, która dla dowolnego
gruntu zaliczanego wg [56], do grupy C np. gliny pylastej zwięzłej wynosi 30%. Rozpatrując
przypadek, że stopień plastyczności tej gliny IL wyniesie 0,30 to z normy PN-81/B-03020
uzyska się (wyznaczy) spójność 13 kPa.
Natomiast według zależności podanej na rys. 16b wynosi ona 40 kPa. Różnica z tych
nomogramów to - 27 kPa w wyniku czego w dużym stopniu zmienia to wytrzymałość na
ścinanie. Odczytując kąt tarcia wewnętrznego $u - 16o (w tym przypadku nomogram
w normie ma właściwą sekwencję krzywych), dla dowolnego stanu naprężeń można
wyznaczyć wytrzymałość na ścinanie �, która dla naprężenia �n = 200 kPa wyniesie:
� = 200 KPa � tg 16o + 27 KPa = 84,3 kPa.
Obliczając wytrzymałość z wykorzystaniem prawidłowej krzywej spójności z nomogramu
16b), wyznaczającej wartości spójności - 40 kPa, obliczona wytrzymałość gruntu na ścinanie
wyniesie 111 kPa. Wynika stąd, że błędne oznaczenie krzywych na rys.16a w tym przypadku
powoduje zaniżenie wytrzymałości aż o 32%.
Dokonując podobnego porównania dla piasku gliniastego (krzywa A) dla wartości
IL = 0,30 z normy otrzyma się wartość cu = 35 kPa, zamiast 17 kPa (rys 16b). W tym
przypadku przy takim samym napręż. normalnym przy wartości $u = 21o wytrzymałość na
ścinanie wyniosła by 136,9 kPa i była by zawyżono w stosunku do rzeczywistości o 18 kPa.
Niniejsze porównania są przykładem, że zamieszczenie w tabelarycznych zestawieniach
błędnie sformułowanego narzędzia badań bez należytego rozumienia zagadnienia niesie
określone błędy w dalszych obliczeniach, gdyż projektant na ogół nie analizuje sposobu
uzyskania podanych mi wyników i przyjmuje je na ogół jako prawdziwe i jednoznaczne.
Drugim zagadnieniem poza omówionym wyżej błędnym oznaczeniem linii, są duże
niezgodności wartości podawanych w tych w nomogramach z parametrami uzyskiwanymi
z badań. Rozbieżności te są potwierdzane w różnych praktycznych przypadkach.
Przykładowo, jak podaje [60] parametry podane w PN-81/B 03020 bardzo znacząco
odbiegają od wyników badań laboratoryjnych glin zwałowych i iłów. Zastawienie tych
danych z wykresami podanymi w omawianej normie wykazuje, że wartości kąta tarcia
wewnętrznego otrzymane z badań iłów różnią się od wartości odczytanych z normy nawet
o 200%, a wartości spójności były niższe aż o 50 kPa (rys. 17).
Rys. 17. Porównanie rozbieżności laboratoryjnych wyników badań kąta tarcia wewn.
i spójności kilku gruntów spoistych z wynikami podawanymiw normie PN-81/B-03020
1 - iły mioceńskie, 2a - iły mioceńskie serii poznańskiej (typ a),
2b - iły mioceńskie serii poznańskiej (typ b), 3 - glina zwałowa
97
W świetle powyższych ustaleń i niezgodności normowych interpretacji, w realizacji
ustalania parametrów geotechnicznych i geotechnicznych warunków posadowienia pojawiają
się dalsze problemy w dokonywaniu poprawnego rozpoznania. Wynikają one z trudności
zakwalifikowania badanej warstwy do kategorii A, B, C lub D. Poza przypadkiem iłów wobec
niezwykle skomplikowanego formowania się osadów lodowcowych istnieje duża trudność
w każdorazowej ocenie, czy grunt był konsolidowany, czy niekonsolidowany i czy jest
osadem morenowym, czy też ma inną genezę. W tym względzie korzystniejszą od
kwalifikacji normy jest propozycja przedstawiona przez Wiłuna, grupująca grunty spoiste na
podstawie zawartości frakcji, co częściowo podano wyżej. Jednakże i to podejście nie jest
właściwe gdyż nie można przypisywać tych genetycznych powiązań z uwarunkowaniem cech
wytrzymałościowych.
Wrażliwość na historię obciążenia w pojęciu ścieżki w przestrzeni naprężeń lub
odkształceń jest podstawową cechą plastycznego zachowania się materiałów. W przypadku
gruntów wyrażają ją dwa stany: normalnej konsolidacji i prekonsolidacji.
Te fundamentalne pojęcia funkcjonujące w światowej mechanice gruntów od lat 30.
minionego stulecia powszechnie stosowane przez brytyjskiego czy amerykańskiego inżyniera
są mało znane inżynierowi polskiemu, a wprowadzone wraz z normą PN-81/B-03020
zastępcze propozycje w rodzaju grup genetycznych A, B, C, D rażą niezrozumiałymi
i błędnymi definicjami i pogłębiają lukę rozwojową w tej dziedzinie [14]. Również norma
Eurocode-7 [27] nie grupuje parametrów cech gruntów jako funkcji IL. Wyrażane przez te
zaszeregowania grupy genetyczne wiążą się najczęściej z historią powstania masywu
gruntowego, który w rozważaniach inżynierskich ma stanowić podłoże. Opisują je pojęcia
normalnej konsolidacji i prekonsolidacji.
Z punktu widzenia mechaniki gruntów wszystkie procesy geologiczne dzieli się na
procesy powodujące obciążenie - rozumiane jako zwiększenie naprężenia w szkielecie
gruntowym w różnych punktach masywu powodowane akumulacją, w tym powstawanie
osadów aluwialnych, eolicznych osadów lodowcowych. Natomiast zmniejszenie naprężeń
w szkielecie określanych jako naprężenia efektywne powodowane współistniejącymi
w procesach powstawania gruntów osadowych zjawisk erozji. Odciążenie to było
następstwem topnienia dociążających te warstwy topniejących lodowców, czy wysychanie
wierzchniej pokrywy. Z tego okresu powstaje stan zachowania gruntu, który  pamięta
następstwa największych amplitud stanów naprężeń z całego okresu powstawania, co
oznacza, że podłoże przed rozpoczęciem budowy było przeciążone, a zjawisko to określa się
pojęciem prekonsolidacji. Natomiast jeśli grunt w swojej przeszłości nie miał okresów dużego
obciążenia, a następnie odciążenia, to taki stan odpowiada warunkom normalnej konsolidacji.
Z tego względy właściwa ocena tego zjawiska umożliwia uwarunkowania genetyczne podłoża
gruntowego, co wyraża się pojęciem współczynnika prekonsolidacji:
� 'z max
OCR =
� 'zp
gdzie:
� z max  max pionowej wartość składowej efektywnego naprężenia w rozpatrywanym
punkcie podłoża w całym procesie górotwórczym,
� z  pionowa składowa naprężenia pierwotnego w chwili realizacji budowy, określana
jako naprężenia pierwotne �zł (rys. 10).
Uwarunkowania te każdorazowo powinny być określane w aparatach trójosiowego
ściskania w badaniach laboratoryjnych, lub też za pomocą piezosond statycznych CPTu lub
dylatometrów.
98
Jak duże mogą być rozbieżności wartości parametrów określanych na podstawie IL z linii
A, B, C, D, w stosunku do wyników badań laboratoryjnych przedstawiono na rys. 17.
Drugim zagadnieniem jest kwestionowana wiarygodność podanych w normie
fundamentowej wartości modułów ściśliwości. Jak wiadomo moduły te ustalano empirycznie
na podstawie analizy wstecznej, polegającej na tym, że obserwowano osiadania pod
wybudowanymi obiektami posadowionymi w określonych gruntach, dla których ustalano
wartości tych modułów.
W wyniku wykonywanych badań laboratoryjnych nigdy nie udało się autorowi uzyskać
tak wysokiej wartości parametru Mo, jaki dla danego gruntu i jego stanu podany jest w normie
[32]. Dotyczy to zarówno gruntów spoistych jak i niespoistych.
Spostrzeżenie to zostało potwierdzone w precyzyjnych badaniach w konsolidometrze
hydraulicznym eolicznego pyłu piaszczystego pochodzącego ze Wzgórz Trzebnickich,
badanego o określonym w innych badaniach parametrze cechy kształtu cząstek �o = 0,67 [42].
Porównanie wyników badań zależności początkowego stopnia zagęszcz. i uzyskiwanych
modułów M0 przy maksymalnym naprężeniu konsolidującym 400 kPa wykazała, że podane
w normie [32] wartości M0 były ponad jednokrotnie większe od parametrów uzyskiwanych
w badaniach [6]. Wartości modułu wtórnego w tych przypadkach pokrywały się z modułami
uzyskiwanymi w badaniach tylko w przypadkach naprężeń konsolidujących 400 kPa, które
w warunkach budowli występują raczej rzadko.
Znaczenie tego aspektu jest istotne, gdyż obliczanie osiadań na podstawie zawyżonych
wartości modułów ściśliwości w konsekwencji powoduje obliczeniowe wykazywanie
mniejszych osiadań, niż wynikałoby to w rzeczywistości a występujące przypadki
powstawania zarysowań budynków są dowodem niedowartościowania tego problemu.
Z bardzo wielu obliczeniowych doświadczeń autora wynika, że nie zdarzyło się, aby
przypadek zaprojektowania fundamentu na stan granicznej nośności wykazywał potrzebę
zwiększania powierzchni fundamentu ze względu na nadmierne osiadania. Na ogół nie
przekraczały one najwyższej wartości s - 2-3 cm.
Rys. 18. Porównanie wyników badań modułu ściśliwości pierwotnej M0 wykonanych dla nie
zawierającego frakcji iłowej pyłu piaszczystego badanego w określonych początkowych
stopniach zagęszczenia ID [6] z modułami podanymi w normie
99
Podsumowując w świetle przedstawionych uzasadnień należy zauważyć, że większość
nawet prostych badań geotechnicznych do potrzeb budownictwa, a w szczególności
wykonywanych bez zrozumienia przez najczęściej nie mających technicznego wykształcenia
absolwentów wydziałów geologicznych zawiera błędy wynikające nie tylko z niewiedzy, ale
także z nieumiejętnego lub z bezkrytycznego stosowania nie zawsze poprawnych liczbowych
parametrów norm. Niepewnymi i przypadkowymi są zatem wyniki podawane bez właściwego
szczegółowego ich opisu i udokumentowania badań. Szczególną uwagę należy także zwracać
na stosowany sprzęt badawczy, doświadczenie i kwalifikacje osób realizujących badania
terenowe i laboratoryjne, jakość i wiarygodność laboratoriów a także odpowiedniość
i kompletność procedur badawczych.
Drugim zagadnieniem jest dostosowanie właściwych rodzajów badań i odpowiedniego
sprzętu, a także sposobów interpretacji wyników do potrzeb rozwiązywanego zagadnienia.
Zasadniczo w drogownictwie problem ten można by ograniczyć do ustaleń prostych tj.
opierania obliczeń na przybliżonych właściwościach gruntów z ograniczeniem do
rozpoznania właściwości warstw bezpośrednio znajdujących się pod konstrukcją drogi.
Wówczas niedostatecznie rozpoznane cechy gruntów występujących głębiej mogą decydować
o póz
niejszych odkształceniach drogi, w szczególności w wyniku przenoszenia się na podłoże
drgań. Ponadto projektowane różne budowle towarzyszące maje różne systemy posadowienia
z palowaniem włącznie.
Z tego względu racjonalnym podejściem do poprawnego przygotowania danych do
projektowania jest:
" głębokie rozpoznanie  in situ podstawowych parametrów gruntu,
" opis i analiza zachowania się gruntu w określonych stanach naprężeń za pomocą
specjalistycznych metod badawczych,
" zastosowanie do końcowej interpretacji zagadnienia nowoczesnych metod
interpretacji wyników, a w tym elementów skończonych.
Rozwój nowoczesnych technik badawczych ma na celu coraz wierniejsze odwzorowani
obrazu zmian na różnych poziomach podłoża geotechnicznego, a w szczególności jego
istotnej w drogownictwie jego odkształcalności.
6.2. Przykłady błędnie wykonanych dokumentacji geotechnicznych
Jak się ocenia ok. 80% obiektów w Polsce posadawia się na podstawie dokumentacji
wykonywanych przez osoby o uprawnieniach geologicznych VI lub VII kat. o kwalifikacjach,
których była mowa w p 5.2 i 5.3. Polegają one na wykonywaniu z pośród szerokiej
możliwości różnego rodzaju badań (p.7, rys. 29), tylko prostych wierceń i sondowań
dynamicznych. W ich realizacji oznaczenia gruntów prowadzą niekiedy nawet zatrudniani
okresowo pracownicy obsługi wiertnic, a ponadto badania to w zasadzie tylko wizualne, lub
makroskopowe oceny rodzajów i stanów gruntów. W ten sposób bez poprawnych badań
i oznaczeń laboratoryjnych określa się rodzaje gruntów oraz wartości IL, a na podstawie nie
rzadko wykonywanych niezgodnie z procedurami sondowań dynamicznych sondą SL - 10
ustalane są się wartości stopnia zagęszczenia ID.
Omówione poniżej przykłady dotyczą dwóch z może tysięcy przypadków opracowań
nazywanych bezpodstawnie dokumentacjami geotechnicznymi wykonanymi przez osoby
o uprawnieniach geologicznych. Realizowane są one bezproblemowo praktyczne we
wszystkich obszarach budownictwa. Szczególnym i powszechnie popełnianym błędem
opracowań tych  specjalistów jest nie tylko bezkrytyczne posługiwanie się wykresami
normy [32] (p.6.1), ale także wizualne określanie bez udokumentowania analizami uziarnienia
rodzajów i stanów gruntów spoistych.
100
Przykładem tego jest podany na rys. 19  przekrój geotechniczny - jako finalny element
dokumentacji, gdzie podano nieistniejące nazwy gruntów i nie określono szeregu istotnych do
potrzeb posadowienia parametrów.
Nie zastanawiający się nad tym inżynier może z zadowoleniem przyjąć ilość informacji
podanych na tym przekroju, które po analizie okażą się bezwartościowe.
Sekwencją niewłaściwego zdefiniowania rodzajów i stanów gruntów jest możliwość
popełnienia wielu błędów, których skutkiem są niemożliwe do określenia, a jeśli określane to
zupełnie przypadkowe odczytywane z normy [32] parametry: w, �, Ś, c, M0, M. Badania te
pomijając niedostateczną głębokość rozpoznania, zupełnie wykluczają możliwość określenia
efektywnych parametrów wytrzymałościowych Ś , c , niezwykle istotnych w projektowaniu
jazu w dolinie rzeki.
Dalszym podstawowym błędem przy korzystaniu z normy PN-81/B-03020 jest
niezgodność nazw z klasyfikacją normy gruntowej Grunty budowlane Podział nazwy
symbole. Nie ma w polskim nazewnictwie geotechnicznym gruntu o nazwie np. Pd+ Ą + H,
albo Ps + Ż, bo w tym przypadku może to być albo piasek, średni, albo piasek gruby, albo
pospółka, albo namuł piaszczysty. Posługując się nomogramami normy [32] nie sposób
odczytać na tej podstawie żadnego parametru, bo nie ma tam odnośnika zależności dla Ps + Ż.
Rys. 19. Przekrój  geotechniczny przez otwory SP-7  SP-8 do potrzeb posadowienia jazu
o nieistniejących rodzajach niedostatecznie rozpoznanych gruntów
Nie mówiąc już że nie badano ani stopnia zagęszczenia tego gruntu, ani zwartości części
organicznych, ani też wyników badań granic konsystencji koniecznych w przypadku, gdyby
grunt okazał się namułem.
Przyjmując informacje podane w dokumentacji badań można dla dowolnie wybranej
warstwy przeprowadzić analizę wariantowej interpretacji wyników. Dla wybranej warstwy
o nieistniejącej w klasyfikacji gruntów nazwie (Pg/Pd zagl.  Pd zagl / Pg) istnieje niejasność
prowadząca do niewiarygodności oznaczeń w dalszym określaniu cech gruntów.
101
W poniższym przykładzie wykazano, jak duże zróżnicowanie wytrzymałości może wynikać
z skutków niewłaściwego rozpoznania gruntu tej warstwy.
Przykład:
W otworze SP-8 ( rys. 19)
" warstwa - 0,3  0,7 m => 40 cm
" grunt: - Pg/Pd zagl.  Pd zagl / Pg - nie ma takiego rodzaju, nazwę podano bez badań
uziarnienia. Wobec braku jednoznacznego określenia możliwe w tym przypadku
rodzaje gruntu to: - Pg, Pd, lub PĄ
" stan: pl/tpl podano bez badań (w, Lp , Ly)
przy braku jednoznacznego zbadania w, Lp , Ly możliwe stany gruntu to: pl, tpl., pzw.
" stopień zagęszczenia  brak badań sondowania
" możliwa zmienność Śu wg PN: Śu 33o  16o (różnica 105%)
" możliwa zmienność cu wg [ ]: cu 0  10 kPa
" możliwa zmienność � wg PN: 17 kN/m3  20 kN/m3
" możliwa zmienność granicznych nośności warstwy przy przyjętych wym.: B = 1,0 m
i D = 0,4 m
qf = cNc +D Nd �d +BNb �b
spowoduje otrzymanie bardzo różnych wartości qf zmiennych w przedziale:
qf = 132 kN/m2  346 kN/m2
stąd
"qf = 214 kN/m2.
Uzyskana różnica możliwych wartości "qf = 214 kN/m2 przy załażeniu, że wystąpi któryś
z wymienionych w tej warstwie gruntów o możliwym wymienionym stanie konsystencji to
wielkość możliwego błędu wynikającego z korzystania z tych wyników może wynieść aż
162%.
Podobną analizę można przeprowadzić dla dowolnej innej warstwy z przekroju na rys. 19.
Wynika stąd wniosek jak niedokładne i nie mające wiele wspólnego z rzeczywistością mogą
być wyniki nieodpowiednio wykonanego rozpoznania właściwości gruntów, co jak wykazano
nie ma nic wspólnego z badaniem.
Innym rażącym przykładem jest dokumentacja geotechniczna zlecona przez biuro
architektoniczne, a wykonana przez osobę o uprawnieniach geologicznych kat. VII, zlecona
do zaprojektowania 2 wielorodzinnych budynków mieszkalnych posadowionych w gruntach
piaszczystych, gdzie fundamenty mają być posadowione na głębokości 2,2 m. Rozpoznania
wykonano zaledwie do głęb. od 2,3 do 3,8 m poniżej rzędnej posadowienia. Nie zbadano
zatem strefy do wymaganej głębokości oddziaływania naprężeń, która dla budynków
kondygnacyjnych budynków mieszkalnych kształtuje się na poziomie 5 - 7 m poniżej
poziomu posadowienia.
Stopień zagęszczenia piasku określono ją na podstawie przesondowania zaledwie 0,5 m
miąższości i to powyżej poziomu posadowienia, a powinno się przesondować min. 5,5 m
poniżej poziomu posadowienia. W niedokładny sposób i nieprawdziwie podano, że stopień
zagęszczenia wynosi 0,55 pomimo, że w podanym przypadku badań sonda zagłębiała się
średnio przy 10 uderzeniach co powinno odpowiadać ID = 0,30. W zestawieniu parametrów
do projektowania podano, że występujące w podłożu piaski zagęszczone są do ID = 0,55.
Z dokumentacji projektu wynika, że w zespole projektowym nie ma konstruktora, co może
mieć niekorzystne następstwa w realizacji i po wykonaniu tych obiektów.
102
ź%poziom posadowienia
ź%
gł. wiercenia 4,5 m
Rys. 20. Przykład profilu układu gruntów z błędnie wykonanymi badaniami stanu gruntu [9]
6.3. Błędy geotechniczne a awarie budowli
Orientacyjne i nieudokumentowane dane określane zgodnie z normą PN-81/B-03020 stają
się podstawą do odczytywania obliczeniowych parametrów geotechnicznych z uproszczonych
i nie pozbawionych błędów wykresów i tabel normy, co omówiono w p. 6.1.
W ten sposób projektant otrzymuje z tzw. badań jedynie kilka uproszczonych parametrów
(kąt tarcia wewnętrznego Śu, spójność  cu, moduły ściśliwości  M0, M, i gęstości - �), które
najczęściej niewiele mają wspólnego z rzeczywistością. Są one następnie przyjmowane do
niekiedy skomplikowanych różnorodnych obliczeń projektowych stateczności, czy
odkształcalności podłoża. Ma to miejsce także w budownictwie drogowym pomimo, że
Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej [47], w Załączniku 4 określa
sposób i zakres przeprowadzania badań geotechnicznych, a nie geologicznych.
Zagadnienie to jest ważne, gdyż jak wykazano na podstawie analizy prac organizowanej
w Szczecinie konferencji Awarie Budowlane, ponad 60% awarii było wynikiem lub
następstwem nieodpowiedniej współpracy budowli z podłożem. Autorowi znanych jest wiele
takich przypadków. W zakresie błędów powodowanych nieodpowiednim rozpoznaniem
podłoża opisuje je także literatura [4].
Potwierdzają to także światowe statystyki niepowodzeń w zakresie budownictwa
wodnego. Ocenia się, że nieodpowiednia przewidywalność procesów filtracji wody, lub
niewłaściwe rozpoznanie właściwości podłoża stanowią ok. 70% przyczyn awarii i katastrof
wielkich budowli hydrotechnicznych, głównie ziemnych, na koronach których nie rzadko
znajdują się drogi. Ze statystyk zapór o wysokości przekraczającej 15 m, prowadzonych przez
Międzynarodowy Komitet Wielkich Zapór wynika, że tylko w okresie od 1900 do 1975 roku
wybudowano ich na świecie 14 700. Z tych budowli 285 uległo różnorodnym awariom,
a w tym ponad 100 zakończyło się katastrofą. W tej grupie niestateczność podłoża
i konstrukcji ziemnych były przyczyną 255 awarii, niewłaściwe konstrukcje betonowe były
powodem 10 incydentów, a budowle stalowe i inne stanowiły 10 przypadków zniszczeń [41].
103
6.3.1. Skutki z
le rozpoznanego podłoża
Na odcinku jednej z dróg Wrocławia o średnim natężeniu ruch od szeregu lat postępują
procesy infiltracji wód przez niedogęszczone i niezabezpieczone odpowiednim filtrem
podłoże. Następstwem tego było postępujące zapadanie się odcinka konstrukcji drogi,
położonej nad brzegiem rzeki, który w przeszłości wzmocniono podpierając niezagęszczonym
nasypem z gruntów odpadowych głównie gruzu (rys.1). Wobec braku śladów erozyjnego
działania rzeki, a także braku wysokich stanów w okresach wezbrań niweleta drogi ulegała
systematycznemu obniżeniu. Zasadniczym powodem tego była wgłębna infiltracja wód
z położonego wyżej terenu, nasilająca się szczególnie po dużych opadach i okresach
roztopowych. Brak odpowiedniego zagęszczenia równoziarnistego piasku umożliwiał przy
dużych gradientach przepływu wynoszenie z podłoża drogi w procesach filtracji cząstek
szkieletowych gruntu.
Rys. 21. Wielkości postępujących przemieszczeń konstrukcji drogi
wywołane filtracyjnym wynoszeniem gruntu osiadania.
Widoczne podłużne pękniecie nowo naprawionej nawierzchni, por. rys.1.
To z kolei przy udziale drgań wywołanych ruchem przejeżdżających pojazdów powodowało
obciążenie znajdującego się w podłożu przewodu wodociągowego, w wyniku czego został on
rozszczelniony i stał się dodatkowym z
ródłem zasilania podłoża wodą.
Brak widocznych oznak przemieszczenia się zarówno powierzchni naziomu jak
i powierzchni skarpy. Dowodzi to, że procesy sufozji w podłożu drogi gruntu odbywają się
przez strefę wysypanego odpadu (rys. 22), który z powodu dużych porów nie stanowi
zabezpieczenia o charakterze filtra odwrotnego. W następstwie tego w przypadku pojawienia
się wysokiego poziomu wody gruntowej następują procesy filtracji, wynikające z nich
zagrożenie zniszczenia podłoża drogi powstaje wówczas, jeśli ciśnienie spływowe przekroczy
siłę oporu gruntu wynikającą z ciężaru objętościowego gruntu pod wodą. Warunek ten
określa zależność.
�'
ps d"
F
gdzie:
ps - jest wartością ciśnienia spływowego,
� - gęstością objętościową gruntu pod wodą.
104
Przyjmując możliwe do ustalenia i prognozowane parametry konstrukcji i zakładając, że
w warunkach naruszenia filtracyjnej stateczności współczynnik bezpieczeństwa F = 1,0
można ustalić wartość nadciśnienia "H, przy której zostanie zapoczątkowane zjawisko
sufozji. W tym przypadku stan równowagi można określić następująco:
"H 2,8m
ps = i � �w� g = �w� g = � 1,0 � 10 � 0,47 = 4,7 kN/m2
l 6m
� = (1- n) (�s - �w)
przyjmując: �s  26,5 kN/m3
�w  10,0 kN/m3
�d  11,1 kN/m3
n = 0,58
� � g = (1- 0,58) (�s - �w) 10 = 4,1 kN/m2
� = 4,1 kN/m2 < ps = 4,7 kN/m2
W tym przypadku została naruszona naruszenie filtracyjna stateczności gruntu. Warunkiem
jej uruchomienia był poza parametrami hydraulicznymi współdecydująca o tym zjawisku
początkowa gęstość objętościowa gruntu, a więc jego zagęszczenie.
wyprowadzenie
kanalizacji
deszczowej
Rys. 22. Obliczeniowy przekrój porzeczny konstrukcji drogi do określenia warunków filtracji
Rys. 23. Stopień sklawiszowania spękanej nawierzchni pod którą występują pustki
o głębokościach do 0,5 m
105
Idąc droga analizy wstecznej można by w przybliżeniu wyznaczyć, że najmniejsza wartość
gęstości objętościowej szkieletu który w tych warunkach przy wilgotności w stanie pełnego
nasycenia w ~ 20%, powinna być większa od 21,6 kN/m3. W tym przypadku należało by
jeszcze uwzględnić wpływ czynnika drgań przyspieszającego upłynnienie się gruntów.
Przykład ten podano, gdyż dokonana naprawa nie polegała na wgłębnym zagęszczeniu, lub
wymianie gruntów do spągu stanu rozluz
nienia podłoża drogi. Nie wykonano także od strony
rzeki na granicy naturalnego gruntu i istniejącego wysypiska gruzu wymaganego w tym
przypadku filtra zabezpieczającego wynoszenie cząstek do tej strefy. Wykonana naprawa
miała charakter przypowierzchniowy, o czym wspomniano we wstępie niniejszego referatu.
W tym przypadku niczego także nie zmienia wyprowadzenie kanalizacji deszczowej
w miejscu największej deformacji drogi na skarpę, będącą jednocześnie skarpą rzeki, gdyż
procesy sufozji występowały poniżej tego poziomu, co pokazano na rys. 22.
Zdaniem autora pomimo usunięcia zniszczeń pokazanych na rys. 1, 21 i 23 zasadnicza
przyczyna zniszczenia drogi nie została usunięta i po kilku latach będzie można oczekiwać
dalszych, choć prawdopodobnie już mniejszych osiadań.
Podobna katastrofa miała miejsce w 2006 roku na innej dolnośląskiej drodze, gdzie
nierozpoznany stan naturalnych gruntów niespoistych występujących pod konstrukcją drogi
przez długie lata jej funkcjonowania nie doprowadził do takiego zjawiska. Jednakże
obserwując niewidoczny na rys. 25 przekrój konstrukcji przełomu zniszczonej drogi, można
było na nim wydzielić 2 dodatkowe warstwy naprawcze, co by wskazywało, że w przeszłości
niweleta drogi ulegała deformacji. W tym przypadku, podobnie jak w przykładzie
poprzednim przyczyną zniszczenia były nałożone na siebie 3 zjawiska:
" duże ciśnienie spływowe, które w okresach wysokich opadów, a także wiosennych
roztopów zwiększało gradient hydrauliczny wód spływającej pod drogą do
położonego niżej rowu,
5,3 m
6,5 m
Rys. 24. Rozległe osuwisko powstałe po okresie zimowym, spowodowane niestatecznością
gruntów podłoża na drodze krajowej położonej na półce nachylonego terenu
" niedostatecznie zagęszczone i prawdopodobnie nigdy nie badane pod względem
właściwości fizycznych grunty podłoża drogi, gdyż funkcjonowała ona od dawna,
prawdopodobnie czasów przedwojennych,
" uruchomienie zniszczenia było efektem zwiększonego obciążenia drogi wynikającego
nie tylko z natężenia ruchu, ale przede wszystkim z pojawienia się po 2000 roku
106
dużej ilości ciężkich pojazdów. Wywoływane naciski i towarzyszące im drgania
uruchomiły procesy przemieszczania się cząstek gruntów, tak jak to miało miejsce
w przypadku opisanym w p. 4.4.
Na rysunku 25 uwidoczniono płynącą strugę wody wyciekającej z gruntu u podstawy
skarpy, co by słusznie wskazywało, że poziom ten jest strefą naturalnego wypływu wód
gruntowych. Wobec powyższego odbudowę zniszczonej konstrukcji powinno się rozpocząć
od wykonania u podstawy zniszczonego odcinka skarpy drenażu powierzchniowego
o konstrukcji filtra dostosowanej do uziarnienia przylegających gruntów.
Stanowiły je w tym przypadku w górnej strefie przewarstwiane żwiry i piaski
przechodzące niżej w pospółki gliniaste, a w dolnej części były to pyły piaszczyste i piaski
gliniaste. Szczególnie te dolne warstwy w warunkach nawodnienia podatne są na
utrzymywanie wysokiego stopnia plastyczności, co w konsekwencji obniża wytrzymałość na
ścinanie i sprzyja powstawaniu strefy poślizgu.
Rys. 25. Widoczna strefa wypływu wody, której przejęcie drenażem warunkuje skuteczną
odbudowę skarpy
Jak w większości przypadków konieczności przeprowadzenia szybkiej naprawy dróg, tak
i tutaj przystąpiono do stosunkowo szybkiego usunięcia zniszczenie, jednakże jak wynika
z efektów, nie było to do końca właściwe Na rys. 26 przedstawiono stan skarpy po naprawie,
której łagodne w stosunku do poprzedniego nachylenie zdaje się gwarantować dobrą jakość.
Jednakże już w parę tygodni po jego wykonaniu zaistniała konieczność wykonywania u jej
podstawy prowizorycznego układu rowków odwadniających, a ponadto w wyniku braku
odpowiedniego odwodnienia pojawiły się podłużne pęknięcia nasypu dowodzące o braku
stateczności usypanej konstrukcji.
Zarówno ten jak i poprzedni przykład dowodzą jak bardzo istotnym zagadnieniem
w projektowaniu i przy remontach dróg są problemy geotechniczne. W każdym z tych
przypadków naprawy nie zostały one uwzględnione niewłaściwie. Tak jak wspomniano na
wstępie referatu w sytuacji pojawienia się nowych zniszczeń, w przypadku drogi we
Wrocławiu bardzo prawdopodobnych nikt nie będzie doszukiwał się ustalenia prawdziwej
przyczyny gdyż należało by ustalić winnego takiej czy innej decyzji.
W tym świetle rozważań, w których ustalenie właściwości gruntów wbrew Prawu
budowlanemu przekazywane jest w ręce firm o geotechnicznych nazwach, ale
zatrudniających osoby o uprawnienia geologiczne (p. 5, 6) trudno mówić o trafnych
rozwiązaniach w tej skomplikowanej materii. Z tego względu w rozdz. 7 zostaną
przedstawione nowe techniki badań gruntów.
107
Rys. 26. Stan skarpy konstrukcji drogi jak na rys. 24 po dokonaniu naprawy.
Zaznaczone miejsca są strefami pojawiających się zabagnień u jej podstawy.
Rys. 27. Szczegół z rys. 26 ukazujący strefy spękań spowodowane pełzaniem namokniętego
gruntu. Wykonany rowek stanowi prowizoryczne odwodnienie tej strefy.
7. Krajowe i międzynarodowe standardy badań gruntów
Zakres tematyczny technik i sposobów badań gruntów jest tak obszerny, że można by
temu poświęcić wielotomowe wydawnictwo. Tylko w 2 części normy Eurocode 7 [27],
w której zagadnienia te potraktowano pragmatycznie i raczej wskaz
nikowo, zagadnienia te
zajmują ponad 220 stron, a wskazana w normie liczba ponad 180 uzupełniających
szczegółowych pozycji precyzujących określone techniki badań i interpretacje, w dużej części
stanowią obszerne opracowania książkowe. Daje to świadomość jak obszernym i złożonym
jest to zakres.
108
STRATEGIA PROJEKTOWANIA Geologia
Proponowana budowla Istniejące dane i doświadczenia
Strategia projektowania geotechnicznego
EC7 Części 1-2
PROJEKTOWANIE
BADANIA GEOTECHNICZNE
N3)
Proponowana budowla
Planowanie i weryfikacja programu badań
EC7 Części 1-2
Określenie
Geologia
Model geologiczny
parametrów
geotechnicznych i
Badania polowe
współczynników Model geotechniczny
Pobieranie prób i normy
Wyniki badań
dotyczące badań
EC7,
Części 1 i 2
Badania laboratoryjne
Wyniki badań
Projekt geotechniczny
Normy laboratoryjne
Projektowanie
Dokumentacja
- geotechniczne
Dokumentowanie Dokumentacja projektowa
badań podłoża
- konstrukcyjne
(projekt końcowy)
Specyfikacje
Program kontroli, nadzoru i
EC7 część 1
monitorowania
Składanie ofert na podstawie projektu
WYKONAWSTWO ROBÓT
Studium wykonalności
Projekt wykonawczy
Dokumentacja z kontroli,
Kontrola, nadzór i monitorowanie
nadzoru i monitorowania
w czasie budowy
Odbiór budowli
EKSPLOATACJA BUDOWLI
Kontrola i monitorowanie
Dokumentacja z kontroli, nadzoru
związane z utrzymaniem
i monitorowania
Rys. 28. Rodzaje i etapy badań projektowania geotechnicznego,
wykonawstwa i eksploatacji budowli wg [27]
Kolorem cieniowania zaznaczono poprawne znaczenie czynności, które w tłumaczeniu
Polskiego Komitetu Normalizacyjnego przesłanym do ankietyzacji były niezgodne z wersją
angielską. Niezgodność ta występuje także w niektórych pojawiających się publikacjach [60].
Poziom jakości krajowych badań jest bardzo zróżnicowany. Z tego względu
kompetencyjne i formalne możliwości prowadzenia badań omówiono w (p. 5,6), gdzie także
wykazano najistotniejsze nieprawidłowości normy PN-81/B-03020 (p.6.1).
Generalnie badania wykonywane są poprawnie tam, gdzie przede wszystkim:
" zatrudnieni są inżynierowie geotechniki dobrze znający zagadnienia mechaniki
gruntów i opartych na niej działach budownictwa,
" posiadają odpowiednie laboratoria i sprzęt do badań terenowych oraz obsługę
techniczną do jego obsługi.
109
Z tego względu koniecznością jest tworzenie laboratoriów, posiadających państwową
akredytację, co wobec mnożących się setek grup uprawiających badania w ramach uprawnień
do wykonywania dokumentacji geologicznych jest niezbędne.
Zagadnienia te ureguluje także mająca zgodnie z Dyrektywą Europejską 89/106/EEC
obowiązywać w Polsce od 2010 r. Norma europejska PN-EN 1997/1, której końcowa wersja
z 2006 r. w części 2 podaje załącznik B (rys. 27). Zgodnie z nim zostanie wprowadzony
projekt geotechniczny w miejsce badań wynikających z obecnego zapisu w Prawie
budowlanym (art. 34 p. 3.4.) o powinności zamieszczania w projekcie budowlanym
w zależności od potrzeb wyników badań geologiczno  inżynierskich oraz geotechnicznych
warunków posadowienia obiektów budowlanych.
Z przedstawionej struktury podziału zagadnień i czynności jednoznacznie wynika
uporządkowanie zagadnień wchodzących w proces poprawnego rozpoznania podłoża
gruntowego.
W zakresie tych działań całość zagadnień stanowi ścisłe powiązanie badań geotechnicznych
jako technicznych czynności z projektowaniem. Nie dokonując obszernego omówienia warto
podkreślić wyraz
ne wydzielenie potrzeby badań terenowych i laboratoryjnych a także
wydzielenie opracowania wyników badań zawartych w dokumentacji badań podłoża, która
stanowi podstawę do określania parametrów geotechnicznych i sporządzenie projektu
geotechnicznego. Również to co podkreślano w p.5.2 i 5.3 w zakresie wykonawstwa robót
ściśle z tym powiązana jest kontrola nadzoru i monitoringu w czasie budowy i eksploatacji
obiektu.
7.1. Rodzaje badań
Charakterystyczna strona zakresu i jakości badań w krajowej geotechnice została
przedstawiona w p. 5 i 6. Poza nielicznymi przypadkami dobrych kadrowo profesjonalnych
jednostek geotechnicznych, bazujących na dobrym w miarę nowoczesnym sprzęcie
i laboratoriach i geotechniki stan jakości pozostałych badań jest niedobry. Funkcjonowanie
tych drugich ma miejsce szczególnie w drogownictwie, gdzie duża ilość linowych robót
sprowadza zagadnienie badań podłoża do roli marginalnej. Jak podano wcześniej w Wielkiej
Brytanii na badania geotechniczne w drogownictwie przeznacza się 0,3  1,0 % [57] wartości
inwestycji, ale procentuje to stosunkowo małą ilością zniszczonych dróg i mniejszej potrzeby
dokonywania napraw.
Z tego względu zakres i jakość badań każdorazowo dostosowuje się do potrzeb
rozwiązywanego zagadnienia. Orientacyjne porównywalne ich koszty, rosnące z możliwością
dokładnej oceny jakości podłoża przedstawiono na rys. 28.
Zaznaczone w tym zestawieniu 2 rodzaje badań w połączeniu ze stosowanymi w kraju
sposobami ich interpretacji stanowią w zasadzie najprostsza formę rozpoznania, dającą tylko
przybliżone, a jak wykazano w p. 6.1 czasem błędne informacje o właściwościach gruntów.
Kwestia interpretacji tych wyników, reprezentatywności i jakości pobieranych prób i jakości
dalszych ich badań jest drugim złożonym zagadnieniem.
110
Rys. 29. Zestawienie kosztów, rodzajów i dokładności badań terenowych
i niektórych laboratoryjnych [5]
Z płynących potrzeb i przekonania o znaczeniu poprawności badania w procesie
inwestycyjny w ostatnich 15 latach dokonał się duży postęp, którego podstawą działań
o których wspomniano w p.6.1. nakreślają się 3 zasadnicze kierunki; głębokie rozpoznanie in
situ, opis i analiza zachowania się gruntu w określonych stanach naprężeń za pomocą
specjalistycznych metod badawczych i końcowej interpretacji zagadnienia z zastosowaniem
nowoczesnych metod interpretacji wyników.
Z tego względu w obszarach tych działań przynoszących coraz wierniejszy obraz
informacji o właściwościach podłoża, a w tym szeregu najistotniejszych jak i dodatkowych
ważnych parametrów gruntów jest możliwość określania wartości zestawionych na rys. 30,
a w tym zawsze istotnych cech gruntów jak: Ś, c, E, Ko, czy współczynnika prekonsolidacji
OCR. Służą temu piezosondy statyczne CPTu i dylatometry DMT. Uzupełnienia tych badań
odbywa się przy użyciu testów wykonywanych przy pomocy innowacji sondy CPTu ze
stożkiem sejsmicznym SCPTu i dylatometrów sejsmicznych SDMT [21]. Znanych obecnie
dwadzieścia kilka rodzajów sond i urządzeń penetrujących stosowanych w badań terenowych
przedstawionych na rys. 30.
Wysoce złożone są przy tym także procedury badawcze łączone zazwyczaj z badaniami
laboratoryjnymi oraz sposobami i technikami opracowywania wyników badań. Graficzny
schemat stosowanych metod oraz współzależności przy ich określaniu opracowany przez
Mayne [24,25] przedstawiono na rys. 31.
111
Rys. 30. Zestawienie sprzętu geotechnicznego do określania parametrów gruntów [25]
We współczesnych badaniach i rozpoznaniach podłoża oraz i ich interpretacjach m.in.
stosowane są parametry:
" E - efektywny moduł ściśliwości trójosiowej,
" M - efektywny moduł ściśliwości enometrycznej,
" G - moduł ścinania,
" Go - moduł ścinania przy małych odkształceniach,
" K ,  - wskaz
niki ściśliwości,
" G/Go - moduł redukcji krzywej ścinania,
" D - wskaz
nik drgań,
" Ś - efektywny kat tarcia wewnętrznego,
" c - efektywna spójność,
" �  - kąt dylatacji,
" C� - współczynnik ściśliwości wtornej,
" ź - współczynnik Pioissona,
" ł - wskaz
nik Poissona,
" h - stopień stwardnienia.
Z przedstawionych zależności i uwarunkowań należy wnioskować, że w obliczu
potrzeby wprowadzenia w 2010 roku normy Eurocode 7 istnieje pilna konieczność
uporządkowania problematyki badań geotechnicznych w budownictwie. Wchodzące nowe
potrzeby jakości rozpoznawania cech gruntów obecnie oczekiwane przez międzynarodowe
biura projektów, a wkrótce przez potrzeby także polskich standardów będą wymagały daleko
posuniętych zmian.
Projekt geotechniczny i wszystkie jego wykonawcze elementy wymagać będą zarówno
wiedzy jak i stosownych uprawnień nie mających nic wspólnego z przystawianymi do
geotechniki kwalifikacjami do wykonywania dokumentacji geologiczno inżynierskich.
112
Rys. 31. Możliwe układy powiązań i współzależności stosowanych badań geotechnicznych
stosowanych w badaniach do potrzeb fundowania obiektów wg Mayne (2006) [25 ]
8. Kontrola jakości drogowych budowli ziemnych
8.1. Badania wskaz
nika i stopnia zagęszczenia
Powszechność robót ziemnych w budownictwie drogowym i dominująca w nich rola
geotechniki jest oczywista. Zagadnienia roli cząstek gruntów w procesie zagęszczania
publikowane od roku 1933, kiedy to Proctor jako pierwszy ustalił reguły kontroli
zagęszczania gruntów, konstruując w tym celu pierwszy aparat.
Póz
niejsze prace modyfikowały te rozwiązania w następstwie czego pojawiły się
wariantowe odniesienia jednostkowej energii zagęszczania przypadające na jednostkę
objętości gruntu. zostało to ujęte w Polskiej Normie [31] jako 4 metody dostosowane do
gruntów normalnych i gruboklastycznych. Ta sama norma określa także, sposoby kontroli
jakości wbudowywania mas ziemnych. Już wówczas procedury ubijania gruntu w cylindrze
za pomocą ubijaka z określona częstotliwością opadania symulowały proces zagęszczania
gruntów metoda ugniatania, bez stosowania wibracji. Było to naśladowanie w laboratoryjnych
warunkach pracy walca ugniatającego. Jednakże zasadniczą kwestią tych procesów jest
problem związany z prędkością odprowadzania z gruntu nadmiaru wody i powietrza. Z tego
względu jako skuteczny obszar zastosowań przyjęto zakres wilgotności odpowiadający
wilgotności optymalnej, która dla niemal wszystkich gruntów jest w granicach stopnia
wilgotności Sr = 0,75.
W roku 1962 Lambe i Withman [22] publikują zależności określające związek podatności
na przemieszczanie się cząstek gruntów spoistych w procesie ubijania, ściśle związany
z ilością wody związanej ze strukturą cząstek i jej roli w utrudnianiu wzajemnego ich
przemieszczania. Właśnie to zjawisko zadecydowało o stosowaniu walców okołkowanych
i określeniu dopuszczalnej grubości układanych warstw nasypu, przy określonym nacisku
jednostkowym.
113
Rys. 32. Przebieg procesu zagęszczania gruntów spoistych w aparacie Proctora [22];
A, E - zakresy niskich wilgotności, przy których małe otoczki wodne sąsiadujących cząstek łączą się
ze sobą dużymi siłami utrudniając wzajemne przemieszczenie,
B  ilość wody optymalna umożliwia najkorzystniejsze przemieszczanie cząstek,
C,D - ilość wody otaczającej za duża,
W czasie zagęszczania cząstki przemieszczają się między sobą bez oporu.
Rys. 33. Przebieg procesu zagęszczania gruntów niespoistych w aparacie Proctora [22]
Znacznie póz
niej od Proctora bo od roku 1948 serie eksperymentalnych badań nad
zagęszczalnością gruntów niespoistych, prowadził Kobuszewski [19] dowodząc, że suchy
piasek zagęszczany metoda wibracji, daje znacznie lepsze efekty zagęszczenia jak ten sam
piasek zagęszczany metodą ubijania w warunkach gruntu zupełnie suchego. Wykazał ponadto
że efekty uzskiwane metodą ubijania gruntów niespoistych w stanie zupełnie suchym, są takie
same jak przy wilgotności optymalnej (rys. 32). Najniższe wartości cięż. objętościowego
wynikają z mobilizujących się w tym zakresie sił napięcia kapilarnego łączących wody
zakątkowe sąsiadujących cząstek.
Z tych powodów przy prognozowaniu lub kontroli stanów zagęszczenia gruntów
niespoistych uzyskiwane gęstości w przypadku gruntów niespoistych odnosi się do stopnia
zagęszczenia ID, a w przypadku gruntów spoistych do wskaz
nika zagęszczenia Is. Te
uporządkowane i sprawdzone w praktyce zasady funkcjonują także w Polsce od lat.
Potwierdzają to także przedmiotowe normy w tym Eurocode [26,28,33,34,] i obowiązujące
w drogownictwie Rozporządzenie [47].
114
Do realizacji tej procedury stosowana jest wystarczająco dokładna metoda małych wkopów
polegająca na pomiarze objętości dołka pozostałego po wybraniu określonej ilości
zagęszczonego gruntu za pomocą odmierzonej ilości piasku kalibrowanego.
Rys. 34. Badanie kontroli zagęszczenia wykonanej warstwy nasypu
metodą  piasku kalibrowanego
Pomiar ten jest odpowiednikiem badania gęstości gruntów badanych za pomocą
cylindrów wciskanych zgodnie z procedurą normy [31]. Zaletą tego badania jest duża
dokładność uzyskiwanych wyników szczególnie istotna wówczas jeśli w zagęszczanym
gruncie znajdują się ziarna o średnicy większej od 5 mm. Wymaga ona jednak posiadania
laboratorium polowego gdzie bezpośrednio po pobraniu próby ja na rys. 34 można określić jej
masę i wilgotność, oraz obliczyć wskaz
nik, lub w przypadku gruntów niespoistych stopień
zagęszczenia ID. Niestety ten najdokładniejszy pomiar gęstości gruntu jest przez niechętnie
wykonawców i inwestorów inwestycji drogowych. Wynika to z konieczności potrzeby
organizacji laboratorium polowego, wykonywania badań w aparacie Proctora i wydłużania
czasu badania wynikającego z konieczności oznaczeń laboratoryjnych. Z tego względu od lat
60. podejmowane są próby zastąpienia tych badań innymi sposobami, które dały by
prawdziwe wyniki oznaczeń.
8.2. Badania CBR i próby ich modyfikacji
Badania CBR zostały wprowadzone w latach 30. ubiegłego stulecia w Stanach
Zjednoczonych do wyznaczania potrzebnej grubości nawierzchni drogowych. W póz
niejszym
okresie stosowano ją do określania nośności warstw podbudów drogowych, a także gruntu
w niekorzystnych warunkach nasycenia wodą, w których to badaniach samo nasycanie próby
trwało 4 doby [45 ].
W badaniach górnych warstw podłoża stosowany jest jako wskaz
nik nośności określający
procentowy stosunek obciążenia jednostkowego jakie jest potrzebne do wciśnięcia
znormalizowanego trzpienia na określona głębokość. Przystosowywane do badań próby
cechowane są w laboratorium w złożonej procedurze poprzez wcześniejsze zagęszczenie
w aparacie Proctora, i wciskanie trzpienia o średnicy 20 cm2 w warunkach uniemożliwienie
rozszerzalności bocznej.
W badaniach terenowych test ten powinien odbywać się w zbliżonych uwarunkowaniach
jak w teście laboratoryjnym, co polega na podobnym wciskaniu trzpienia w badaną
115
powierzchnię, przy założeniu, że część powierzchni otaczająca miejsce badania przykłada się
obciążenia symulujące niemożność przemieszczania się powierzchni gruntu do góry
i przypowierzchniowo na boki co ma naśladować sztywność wynikająca z obecności
konstrukcji obciążonej nawierzchni. Należy także strefę uciskanej powierzchni zabezpieczyć
przed zmianami wilgotności. Warunkiem poprawnej realizacji testu jest wykonanie tuż obok
siebie 3 oznaczeń, przez co cała procedura trwa do kilku godzin. [27,30,45].
Wykonane badanie nie jest zatem kontrolą zagęszczenia, ale testem nośności. Zdaniem
autora nieodpowiednim jest traktowanie tych badań jako jedynego testu oceny jakości stanu
podłoża, gdyż w gruncie zwierającym niezwykle złożona pod względem właściwości frakcję
iłową a także pyłową efekty tych badań mogą nie przystawać do rzeczywistości z powodu
różnych uwarunkowań wilgotnościowych i termicznych.
W ślad za ustaleniami rozporządzenia [47] test ten stał się w drogownictwie zastępczą
formą oceny przydatności podłoża gruntowego. Z tabel załącznika 4 można ustalić, jeśli
grunty zakwalifikujemy do jednej z 5 grup niewłaściwie nazwanych rodzaje to podstawą
klasyfikacji nośności podłoża nie może być sposobem oceny jaki zostanie przedstawiony
w poniższym przykładzie:
Przykład:
" Korzystając z tabeli a załącznika rozporządzenia - nie mając wcześniejszych badań
uziarnienia np. metodą areometryczną można założyć, że badanym gruntem podłoża
jest glina zwięzła. Wówczas grunt kwalifikuje się do podanych grup nośności G2, G3
lub G4.
" Podstawą kwalifikacji wilgotnościowych jest ocena warunków wodnych  dobre,
przeciętne, złe. Bez badań granic konsystencji (których praktycznie się nie wykonuje),
to dla gruntów występujących w terenie ocena jest niemożliwa, a decyduje to o tym,
czy grunt będzie przypisany do grupy G2, G3 lub G4.
" Wobec tak niejasno sformułowanych zaszeregowań trudno jednoznacznie przyjąć
kryterium wybory wskaz
nika CBR, który dla grupy G 2 powinien wynosić 5  10%,
dla grupy G3 - 3  5%, a dla grupy G4 - mniej niż 3%.
Nieprawidłowości popełniane przy stosowaniu tych przepisów w krajowej praktyce wynikają
z następujących powodów:
" badań nie prowadzi się aparatem CBR lecz, za pomocą nie mającej bliższej korelacji
z nim i procedurą badania CBR płytą VSS,
" oznaczenia potrzebnych właściwości gruntów w praktyce nie są prowadzone,
" daje to możliwość podstawowej pomyłki w zakresie uzyskania oczekiwanego
wskaz
nika nośności.
Analiza ta wynika ze znanych przypadków, w których jedynym badanie w tzw. dokumentacji
geotechnicznej było określanie przydatności gruntu jako podłoża drogi, przy obecności
wymienionych wyżej braków, a w tym przy użyciu płyty VSS [30]. Podano grupy nośności
podłoża i zalecono wynikających z tego konkluzji, że jest ono tak czy inaczej odpowiednie.
8.3. Badanie wskaz
nika zagęszczenia za pomocą płyty VSS
Płyta VSS po raz pierwszy została wprowadzona w Szwajcarii, jako przyrząd do badania
modułów ściśliwości zagęszczanych mechanicznie, głównie kamiennych warstw oraz
nawierzchni. Zastosowanie jej do tego rodzaju oznaczeń jest właściwe, gdyż niezależnie od
wilgotności materiał kamienny pozbawiony drobnych frakcji pod wpływem nacisku
zachowuje się tak samo. Zatem uzyskiwana relacja wartości modułów E1 i E2 jest niezależna
od stanu wilgotności tego materiału[13].
116
W przypadku badań gruntów zależności te zmieniają się przede wszystkim od stopnia
wilgotności i wynika to zarówno ze zmieniającego się oporu między cząstkami, związanego
z oddziaływaniem wód związanych z frakcją iłową, jak i z sił napięcia kapilarnego wód
zakątkowych powstających przy pewnych stanach wilgotności w drobnych i średnich
piaskach. O wielkości tych sił świadczy obniżanie się gęstości objętościowej szkieletu
gruntowego co pokazano na rys. 33.
Z tego względu urządzenie to ma w tym zakresie bardzo ograniczoną przydatność do
ustalania wskaz
nika zagęszczenia. Również literatura łącznie z normami w tym z Eurocode -7
wskazuje go jako wskaz
nikowy miernik jakości porównywania zagęszczeń na danej budowie,
gdzie grunt o tych samych właściwościach i stanie został miał określone wskaz
niki
zagęszczenia metodami objętościowymi.
Drugim problemem polskiej praktyki badawczej w tym zakresie jest poprawność wykonania
tego oznaczenia. Podstawową powinnością w tym zakresie jest właściwe przygotowanie
powierzchni do badań, która powinna być idealnie równa. Drobne nierówności odsłoniętej
i wyrównanej powierzchni powinno się wyrównywać cienką warstwa drobnego piasku.
Większe nierówności należy wyrównywać szybkowiążącymi zaprawami, a badanie powinno
się rozpocząć po ich całkowitym związaniu.
Po przygotowaniu następuje także długotrwała procedura pomiarowa, gdyż pomiar jest
właściwy jeśli przemieszczenie płyty już nie występuje. Po określeniu modułu pierwotnego
dokonywane ponowne obciąż. nie powinno już wykazywać przemieszczeń, co w przypadku
gruntów jest rzadko. Jak wykazał Rolla [45] znaczące przemieszczenia występują jeszcze
przy III etapie dociążanie. Wynika to z postępującego pełzania gruntu na boki, gdyż uciskana
powierzchnia est relatywnie bardzo mała. Ponadto zasięg oddziaływania strefy nacisku jest
także niezdefiniowany, co oznacza, że np. zastosowanie płyty o średnicy 16 czy 32 cm
dokonuje dogęszczeń w obrębie wytworzonego na obrzeżach krawędzi stożka o tworzącej
pod kątem (45o + Ś/2) [40]. Na obrzeżach tego stożka występuje strefa rozklinowywania
gruntu na boki.
Na wymienione mankamenty nakłada się jak zazwyczaj powierzchowność wykonywania
badań szczególnie jeśli wykonuje je osoby bez należytego technicznego przygotowania.
Zazwyczaj procedura oznaczania trwa ok. 15 min. Stosowanie opisanych procedur powinna
trwać ok. 2 godz. Popełniane błędy miały swoje skutki w praktyce.
W czasie budowy dwupasmowej obwodnicy Wałbrzycha z końcem lat 90., wykonywanej
z miejscowych pospółek gliniastych i wietrzelin dobudowany do zbocza nasyp o wysokości
ok. 9 m po okresie zimowym osunął się na całej wysokości i na dł. ok. 30 m. Przedstawiona
przez wykonawcę robót dokumentacja z kontroli zagęszczenia prowadzonej za pomocą płyty
VSS zawierała wyniki, w których wskaz
niki zagęszczenia wynosiły od 0,98 do 1,0.
Wykonane kontrolne badania wskaz
nika Is metodą piasku kalibrowanego (rys. 34) w 6
głębokich wkopach wykonanych poniżej strefy poślizgi wykazały, że wskaz
niki te zawierały
się pomiędzy 0,90 a 0,92. Wymaganym wskaz
n. Is był - 0,98. Nasyp wymagał kłopotliwego
częściowego rozebrania i ponownej odbudowy.
W świetle powyższej analizy należy uznać, ze płyta VSS nie daje wiarygodnych wartości
wskaz
nika zagęszczenia i nie powinna być stosowana do tych oznaczeń.
8.4. Lekkie ugięciomierze dynamiczne
Pośpiech w realizacji liniowych robót ziemnych prowadzi do upraszczania procedur
badawczych, co wywołuje szkodliwe następstwa opisane wyżej. Większość z nich objawia się
dopiero po długim czasie, o czym wspomniano w p. 1.
W celu przyspieszenia procedury kontroli badań w ostatnich latach rozpowszechniony
został lekki ugięciomierz dynamiczny, konstruowany w Niemczech na przełomie lat 70.
117
i 80. Jego zaletą wg [52,53] jest odwzorowanie warunków obciążenia podłoża kołem
poruszającego się pojazdu. Było by to możliwe, gdyby pomiędzy powierzchnią podstawy
koła a gruntem nie było warstw konstrukcyjnych drogi (rys. 5). W tym zakresie ukazała się
w kraju znaczna ilość prac [54,55], w której to lekturze przejawia się opinia o wątpliwości
jego przydatności do badań kontroli zagęszczenia gruntów.
Z badań Sulewskiej [52] wynika, że ustalony na podstawie badań kontroli zagęszczenia
piasku drobnego wskaz
nik Is cechuje się zbyt dużą zmiennością, aby za pomocą tego
urządzenia można było wiarygodnie oceniać wartości wskaz
nika Is.
Rys. 35. Zależność wskaz
nika zagęszczenia piasków drobnych
od dynamicznego modułu odkształcenia ED
Na rys. 35 pokazano rozrzut wykonywanych wyników, z których w granicznych przypadkach
wynika, że przy tym samym wskazaniu przez urządzenie wartości modułu Ed np. 15 MPa
wartość wskaz
nika Is może wynosić zarówno 0,86 jak i 0,88, 0,91 a także 0,98.
Z tego względu, jak i innych powodów omówionych dla przypadku płyty VSS (p.8.3)
przyrząd ten nie może stanowić tylko pomocnicze urządzenie do porównywalnej kontroli
jakości zagęszczenia.
9. Uwagi końcowe
W procesie inwestycyjnym i w remontach krajowych dróg wymagane są wysokie
standardy jakości, co wobec postępującego rozwoju nowych technologii przy ogromnym
zapotrzebowaniu na rozbudowę i modernizację sieci dróg spowodowało duży postęp w tej
dziedzinie. Jednakże należy rozważyć, czy wszystkie najnowsze techniki sposoby
wzmacniania, wykonywania powierzchniowych różnorodnie zbrojonych warstw nakładczych
czy wreszcie budowa drogich konstrukcji nośnych w każdym stosowanym przypadku jest
konieczna. Z tego względu:
1. Zastanowienia wymaga, czy istnieje dostatecznie docenione oddziaływanie różnorodnych
czynników, a w tym wartości przekazywanych na podłoże przez konstrukcje drogi
obciążeń, ich dynamiki oraz podatności szeregu rodzajów gruntów na te i inne czynniki
zewnętrzne jak drgania, stany nawodnienia czy zmiany temperatur. W ocenie autora
proporcje przełożenia zakresu zagadnień technologicznych nad czynniki powodujące
zmiany w podłożu są dalece nieproporcjonalne.
118
2. Należałoby przede wszystkim uporządkować sferę badań geotechnicznych jako
dziedzinę, w której grunt postrzegany będzie nie tylko jako twór geologiczny badany
dotychczas w pobieżnie i na ogół nieprofesjonalnie, ale jako materiał budowlany
o najbardziej złożonych i zmieniających się właściwościach. Do głębokości na której
występuje jeszcze oddziaływanie naprężeń jest on podłożem które powinno być badane
na takim samym poziomie wymogów jak inne materiały.
3. Ogromny obszar obecnych niepowodzeń wynika z dopuszczenia do ustalanie
geotechnicznych warunków posadowienia, które całkowicie powinno być wyłączone
z jurysdykcji Prawa geologicznego nadającego przez komisje geologiczne nowo
wprowadzonymi Rozporządzeniami ściśle techniczne uprawnienia w zakresie
geotechniki nie przygotowanym do tych zadań absolwentom geologii.
4. Grunt podobnie jak inne materiały budowlane powinien być badany przez osoby
posiadające wymagane kwalifikacje techniczne. Pilnego uregulowania wymaga ustalenie
kwalifikacji osób uprawnionych do ustalania geotechnicznych warunków posadowienia
zgodnie z mającą obowiązywać od 2010 r. normą Eurocode -7. Dokumentacje
geologiczno  inżynierskie nie mogą przejmować funkcji dokumentacji geotechnicznych,
lecz zgodnie z ich zadaniem powinny ograniczać się do prognozy zjawisk i procesów
geologicznych mających związek z projektowanym obiektem.
5. Niezwykle istotnym zagadnieniem są także badania prowadzone na etapie kontroli
jakości budowanych konstrukcji ziemnych, które nie zważając rzeczywistą na
przydatność wymaganych procedur dopuszczają metody kontroli niezgodne
z doświadczeniami i prawami mechaniki gruntów.
6. Liczne przykłady awarii, a w tym podane w pracy przypadki zniszczeń i katastrof oraz
fatalny stan dużej części dróg przedstawiony na rys. 1 dowodzą potrzeby podjęcia zmian
w tym zakresie.
Literatura
[1] ADAM D., MARKIEWICZ R.: Compaction behavior and depth effect of the Poligon
- Drump, Geotechnical for Roads Rail Tracts & Earth Structure, Balkema 2001, p.27-36.
[2] BARTOSIK T.: Wzmocnienie drogowych nawierzchni bitum. siatkami kompozyt.,
Materiały budowlane 11/2003.
[3] BODZIONY B., GNIADZI, P.: Prawo budowlane z komentarzem, W-wa 2003.
[4] BROŚ B.: Miejsce geologii w inżynierii i budownictwie. Inżynieria i Budownictwo nr 6
/1996.
[5] BOLT A., BUCA B.: Charakterystyka ENV 1997-3 oraz problemy jej wprowadzenia
w Polsce, Konf. naukowo techniczna, Harmonizacja polskich norm geotechnicznych
z systemem norm europejskich, Pułtusk 1998.
[6] CHMIELEWSKI M.: Badania nad wpływem kształtu cząstek gruntów niespoistych na
ich ściśliwość, Instytut Inżynierii Środowiska Uniwersytetu Przyrodniczego we
Wrocławiu (praca doktorska), Wrocław, 2008.
[7] CASTRO G., POULOS J.: 1977, Factors affecting liquefaction and cyclic mobility,
Journal of the Geotechnical Engineering Division, No.6, p.501-516.
[8] DOKUMENTACJA geologiczno-inżynierska proj. techn. budowy jazu i modernizacji
rzeki Odry w Iławie , Geoservis - Bis, 2007.
[9] DOKUMENTACJA geotechniczna do projektowania wielorodzinn. budynków mieszk.
w Siechnicach, Fizjo- geo, Wrocław 2008.
[10] DUNAJ B.: Popularny słownik języka polskiego, Wilga, W-wa 2001.
119
[11] FORYŚ G.: Stan techniczny dróg krajowych, Materiały Budowlane 6/2008.
[12] GLOSSOP R.: The Rise of Geotechnology and its Influence on Engineering Practice,
Eighth Rankine Lecture, Geotechnique, No 2, 1998.
[13] GOMES CORREIA A.: Soil mechanics in routine and advanced pavement and rail track
rational design, Geotechnical for Roads Rail Tracts & Earth Structure, Balkema 2001,
p.165-187.
[14] GRYCZMAC
SKI M.: Modele podłoża gruntowego stosowane w projektowaniu, XX
Konf. WPPK Wisła-Ustroń 2005, t.1, s.159-208.
[15] INSTRUKCJA badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych, Generalna
Dyrekcja Dróg Publicznych , Cz. 1,2, W-wa 1998.
[16] KAWECKI J.: Diagnostyka dynamiczna konstrukcji zagłębionych w gruncie, XX Konf.
WPPK Wisła-Ustroń 2005, t.1, s.261-272.
[17] KANAFA S.: Drogi kołowe na terenach wiejskich , Biuletyn IBMER W-wa 2002
[18] KARAFIATH L., NOWATZKI E.: Soil mechanics for off-road vehicale engineering,
Trans Tech Publication,1978.
[19]KOLBUSZEWSKI J: 1965, Sand Particles and Their Density, Lecture given to the
Materials Science. Club's Symposium on Densification of Particulate Materials, London.
[20]KOTLAREK Z.: Strategia rozwoju sieci dróg krajowych w Polsce w latach 2005-2013,
Materiały Budowlane 4/2005, s.52- 54.
[21] LUNE T., ROBERTSON P., POWELL J.: Cone penetration testing. Spon Press, Taylor
and Francis Group, 2001.
[22] LAMBE R., WITHMAN W.: Mechanika gruntów, T. 1, 2, Arkady, W-wa 1977.
[23] MADSHUS C. Modeling, monitoring and controlling the behavior of embankments
under high speed train loads, Geotechnical for Roads Rail Tracts and Earth Structure,
Balkema 2001, p. 225  238.
[24] MA
YNAREK Z., TSCHUSCHKE W.: Parametry geotechniczne z badań in situ dla
potrzeb projekt. posadowień, XX Konf. WPPK Wisła-Ustroń 2005, t.1, s.111-136.
[25] MA
YNAREK Z.: Evaluation of soil parameters by in situ tests for mapping,
Architecture Civil Engineering Enviroment, The Silesian University of Technology, No
1, 2008, p.75- 98.
[26] NORMA Eurokode - 7, Geotechnical design  Part 1 General rules 2006.
[27] NORMA Eurokode - 7, Geotechnical design  Part 2 Ground investigation and testing,
2006.
[28] NORMA BN-70/8931-05 Oznaczenie wskaz
nika nośności gruntu jako podłoża
nawierzchni podatnych.
[29] NORMA BN-77/8731-12 Oznaczanie wskaz
nika zagęszczenia gruntu.
[30] NORMA BN-64/8931-02 Oznaczenie modułu odkształcenia nawierzchni podatnych
i podłoża przez obciążenie płytą.
[31] NORMA PN-88/B04481 Grunty budowlane badania próbek gruntów.
[32] NORMA PN-81/ B 03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli.
[33] NORMA PN-B-06050 Geotechnika. Roboty ziemne wymagania ogólne.
[34] NORMA PN-B-10736 Wykopy otwarte dla przewodów wodociągowych i kanaliz.
[35] NORMA PN-87/S-02201 Drogi samochodowe nawierzchnie drogowe. Podział, nazwy,
określenia.
[36] PN-S-02255 Drogi samochodowe. Roboty ziemne Wymagania i badania.
[37] PISARCZYK S.: Geoinżynieria, Metody modyfikacji podłoża gruntowego. Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2005.
[38] MIZERSKI W., SYLWESTRZAK H.: Słownik geologiczny. PWN, W-wa 2002.
[39] OFICJALNE stanowisko Polskiego Komitetu Geotechniki w sprawie ustalania
geotechnicznych warunków posadowienia. http://www.geotechnika.org.pl.
120
[40] PARYLAK K: Normowe wartości kąta tarcia gruntów niespoistych w świetle badań,
XIV Krajowa Konf. Mechaniki Gruntów i Inżynierii Geotechnicznej Zeszyty Naukowe
Politechniki Białostockiej, Budownictwo, z. 28, t. 1, Białystok 2006, s 249-258.
[41] PARYLAK K.: Zagrożenia trwałości budowli piętrzących Odrzańskiej Drogi Wodnej.
52 Krajowa Konf. Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Gdańsk - Krynica,
Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej nr 600, t. I, 2006, s.283-296.
[42] PARYLAK K.: Geometryczna met. badania szorstkości cząstek gruntów niespoistych,
Acta Scentinarum Polonorum, Seria Budownictwo, z. 2, 2004.
[43] PARYLAK K.: O problemach geotechniki w drogownictwie, Inżynieria i Budownictwo,
nr 1-2/2008.
[44] POULOS J., CASTRO G.: 1977, Factors affecting liquefaction and cyclic mobility,
Journal of the Geotechnical Engineering Division, No.6, p.501-516.
[45] ROLLA S.: Badania materiałów i nawierzchni drogowych, WKiA
, W-wa 1979.
[46] ROLLA M.: Program budowy dróg w latach 2007-2013, Materiały Budowlane 4/2007.
[47] ROZPORZ
DZENIE Ministra SWiA w sprawie ustalania geotechnicznych warunków
posadowienia obiektów budowlanych. (Dz.U. nr 126, poz. 839), 1998.
[48] ROZPORZ
DZENIE Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej w sprawie warunków
technicznych jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich użytkowanie, (Dz.U.
nr 43, poz. 430) 1999 r.
[49] ROZPORZ
DZENIE Ministra Środowiska w sprawie szczegółowych wymagań jakim
powinny odpowiadać dokumentacje hydrogeologiczne i geolog.-inżynierskie (Dz.U.
nr 201, poz. 1673), 2005 r.
[50] ROZPORZ
DZENIE Ministra Środowiska w sprawie kategorii prac geologicznych,
kwalifikacji do wykonywania i kierowania tymi pracami oraz sposobu postępowania
w sprawach stwierdzania kwalifikacji (Dz. U. nr 124, poz. 865), 2006 r.
[51] ROZPORZ
DZENIE Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 8.08.2008 r., Dz.U. nr 265,
poz. 2644.
[52] SULEWSKA M.: Doświadczenia ze stosowania lekkiego ugięciomierza dynamicznego,
Drogownictwo, Nr 11/2003, s.365-367.
[53] SULEWSKA M.: The application of the modern method of embankment compaction
control, Journal of Civil Engineering and management , Vol. 10/2004, p.45-50.
[54] SULEWSKA M.: Metoda szybkiej kontroli zagęszczenia nasypów z gruntów
niespoistych, Inżynieria i Budownictwo, Nr 4/1999, s.218-220.
[55] SULEWSKA M: Rozwój metod oceny jakości wbudowanych warstw nasypowych za
pomocą ugieciomierza udarowego, Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej, Z.14,
1995, s.109-124.
[56] WIA
UN Z.: Zarys geotechniki WKiA
W-wa 1987.
[57] WILSON T., STRUCT F., MUN F.: Highway, Civil engineering reference books,
Butterworths Sydney, Welington, Durban, Toronto 1986.
[58] WOLSKI W., FURSTENBERG A., LIPIC
SKI M.: Czy można było przewidzieć awarię
skarpy przy elektrowni wodnej Dychów, Gospodarka Wodna, Nr 8/1999, s.284-290.
[59] WOLSKI W., LIPIC
SKI M., FUSTEMBERG A., BARAC
SKI T.: Influence of internal
erosion on safety of old dams, Filters and Drainage in Geotechnical and Enviromental
Engineering, Wolski & Młynarek (eds), Balkema, Rotterdam. 2000, p.357-364.
[60] WYSOKIC
SKI L.: Podstawy projektowania geotechnicznego, Klasyfikacja gruntów,
wydzielanie warstw, ustalanie parametrów geotechnicznych z uwzględnieniem norm
europejskich. XX Konf. WPPK Wisła-Ustroń 2005, t.1, s.35-70.
[61] WYSOKIC
SKI L.: O problemach geotechniki, Inżynieria i Budownictwo, nr 6,
s.332-335.
121
[62] WYTYCZNE wykonywania i interpretacji wyników badań sondami dynamicznymi
i obrotowymi, Geoprojekt, W-wa 1983.
[63] ZMIANA Ustawy Prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. nr 110, poz. 1190), 2001 r.
[64] ZMIANA Ustawy Prawo geologiczne i ustawy o odpadach (Dz.U. nr 90, poz. 758),
2005 r.
[65] ŻURAWICKA A.: Wzmacnianie wyeksploatowanych nawierzchni drogowych cienkimi
nakładkami betonowymi, Materiały Budowlane, 10/2004.
122