BADANIA GEOLOGICZNO- INŻYNIERSKIE I GEOTECHNICZNE PODŁOŻA NA POTRZEBY BUDOWY DRÓG w świetle nowych przepisów prawa geologicznego i budowlanego Cz.

Transkrypt

1 26 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ dr hab. Marek Tarnawski Przedsiębiorstwo Geologiczne Geoprojekt Szczecin, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Architektury BADANIA GEOLOGICZNO- INŻYNIERSKIE I GEOTECHNICZNE PODŁOŻA NA POTRZEBY BUDOWY DRÓG w świetle nowych przepisów prawa geologicznego i budowlanego Cz. II Przedstawiamy drugą część kompleksowego opracowania na temat prawnych aspektów badań geologiczno-inżynierskich oraz geotechnicznych na potrzeby budownictwa drogowego. Fot.: KLOTOIDA Bajor, Zygmunt Sp. J. Nowe trendy w metodyce badań podłoża Sondowania Wysokie oceny Instrukcji badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych spotykane w literaturze [10], [34], [45] wynikają, zdaniem autora, przede wszystkim z bogatej treści Załącznika do Instrukcji stanowiącego kompendium wiedzy na temat znanych pod koniec XX wieku geotechnicznych metod badawczych i sposobów interpretacji wyników badań. Dotyczy to zwłaszcza badań polowych in situ, w tym sondowań. Sondowanie to penetracja podłoża gruntowego przy użyciu odpowiednio skonstruowanych, standardowych końcówek zagłębianych przez wbijanie za pomocą młota swobodnie spadającego ze stałej wysokości (sondowanie dynamiczne), wciskanie (sondowanie statyczne) lub wkręcanie (mało popularna sonda WST) oraz określanie oporów występujących przy ich pogrążaniu [19]. Większość sondowań ma charakter ciągły, to znaczy prowadzone są od powierzchni terenu (albo z dna otworu wiertniczego) do żądanej głębokości (bądź do osiągnięcia zakładanego wyniku) albo do oporu wynikającego z możliwości technicznych sondy. Aktualne nazewnictwo i parametry sondowań dynamicznych ciągłych znaleźć można w normach PN-EN :2009; Eurokod 7 [40] i PN-EN ISO :2005 [43]. Najważniejsze dane techniczne na ten temat zawiera tab. 10. Inaczej skonstruowana jest najstarsza znana znormalizowana sonda zwana sondą cylindryczną lub SPT (Standard Penetration Test), choć z uwagi na analogiczny sposób zagłębiania sondę tę zaliczyć można do sondowań dynamicznych. W cytowanych wyżej normach sonda SPT opisywana jest jednak odrębnie. Badanie tą sondą ma charakter punktowy z uwagi na ograniczoną do około 0,6 m długość końcówki.

2 28 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ Rodzaj (nazwa) sondy Oprzyrządowanie DPSH DPL lekka DPM średnia DPH ciężka b. ciężka Młot masa m [kg] 10 ± 0,1 30 ± 0,3 50 ± 0,5 63,5 ±0,5 wysokość spadania h [mm] 500 ± ± ± * ± 10 ka to z samego sposobu wprowadzania stożka w podłoże z niewielką, stałą prędkością równą 2 ± 0,5 cm/s, ale również z zapewnienia, iż dwufazowy pomiar oporu wciskania dotyczy najpierw wyłącznie oporu pod stożkiem qc, po czym, znów wyłącznie, oporu tarcia tulei (pobocznicy) stożka f s. Te dwa parametry, które w charakterystyczny sposób łączy tzw. współczynnik tarcia R f :: Liczba uderzeń N Stopień plastyczności I Stan gruntu 2 4 0,5 < I L 1 Miękkoplastyczny 4 8 0,25 < I L 0,5 Plastyczny < I L 0,25 Twardoplastyczny Końcówka (stożek) o kącie 90 o I L 0 Półzwarty powierzchnia podstawy A [cm 2 ] 10 10** średnica podstawy D*** [mm] 35,7 ± 0,3 35,7 ± 0,3 43,7 ± 0,3 51 ± 0,5 wysokość ostrza końcówki [mm] 17,9 ± 0,1 17,9 ± 0,1 21,9 ± 0,1 25,3 ± 0,3 dop. zużycie końcówki [mm] Żerdzie masa m [kg] średnica zewn. OD [mm] Energia uderzenia młota na jednostkę powierzchni (mgh/a) [kj/m 2 ] spadania wersji SPT DPSH-B h * Wysokość h dla tzw. (DPSH-A). W wersji = 500 mm. ** Popularne (i dopuszczalne) odstępstwo od normy PN-EN ISO :2005, gdzie A = 15 cm 2 *** Długości: części walcowej stożka (bezpośrednio za ostrzem) i zwężki do średnicy żerdzi powinny odpowiadać średnicy podstawy D. Tab. 10 Charakterystyki sond dynamicznych Ryc. 3 Zależności pomiędzy liczbą uderzeń N10-30, a stopniem zagęszczenia ID dla sond dynamicznych. Kompilacja z [38]. Mierzonym parametrem sondowań dynamicznych jest liczba uderzeń młota potrzebna do zagłębienia jej końcówki o 10 cm (N 10 ; dotyczy sond: lekkiej DPL, średniej DPM i ciężkiej DPH), 20 cm (N 20 sonda bardzo ciężka DPSH) lub 30 cm (N 30 sonda SPT). Zasadniczym celem wykonywania sondowań dynamicznych jest określanie stanu (stopnia zagęszczenia I D ) gruntów niespoistych. W Instrukcji znaleźć można obszerne omówienie zarówno różnych aspektów tego zastosowania, jak i sposobów interpretacji funkcji I D = f(n). Oparto się tam na propozycji interpretacji zawartej w projekcie normy Sondowania z 1994 r. i powtórzonej w normie PN-B-04452:2002 [38]. Funkcja I D = f(n) dla wszystkich typów sond interpretowana jest jako prosta, której zmienną niezależną jest logarytm N, współczynnikiem kierunkowym a liczby 0,429 (DPL), 0,431 (DPM) lub 0,441 (DPH, DPSH, SPT), zaś wyrazem wolnym b liczby z przedziału 0,071 0,271 (ryc. 3). Norma PN-B :2002 została wycofana w 2010 r. i zastąpiona przez Eurokod 7 [40]. Tam w załączniku G podano jedynie przykłady korelacji ID = f(n) dla niektórych rodzajów gruntów niespoistych i niektórych typów sond (DPL, DPH) pochodzące z normy niemieckiej z lat siedemdziesiątych XX w (!). Ten krok wstecz może być uzasadniony, gdyż interpretacja zaproponowana w [38] budzi wątpliwości [50]. Wydaje się, że należy powrócić do problemu (jak się do niedawna wydawało już rozwiązanego) właściwej interpretacji sondowań dynamicznych. W świetle powyższego ostrożnie podejść należy do proponowanej w Instrukcji zależności wiążącej stopień zagęszczenia I D ze wskaźnikiem zagęszczenia IS [3], [4]: natomiast warto zwrócić uwagę na niezależny od wątpliwości interpretacyjnych parametr zwany dynamicznym oporem sondowania qd wyliczany wzorem: (N/m 2 ), Q - ciężar młota (wyrażona w N), H - wysokość swobodnego spadania młota (m) A - powierzchnia podstawy stożka (m 2 ), e - wpęd końcówki przy jednym uderzeniu, e = 0,2/N 20, P - ciężar żerdzi i prowadnicy (N). Choć sondę cylindryczną od pozostałych sond dynamicznych odróżnia in minus punktowy charakter badania, jej zaletą jest znana i uznana interpretacja dla gruntów spoistych (Tab. 11). Dodać należy, iż nowy impuls sondowaniom SPT dało wprowadzenie jej nowoczesnej odmiany BDP (borehole dynamic probing). Umieszczenie odpowiednio wyprofilowanego młota w otworze bezpośrednio nad kowadłem i końcówką badawczą wyeliminowało rosnący z głębokością sondowania problem szacowania wpływu kolumny żerdzi na uzyskany wynik. Sondowania statyczne opisywane najczęściej symbolem CPT (cone penetration testing) i polegające na wciskaniu w podłoże stożkowej, ale o bardzo szczególnej konstrukcji końcówki daje nieporównywalnie szersze możliwości interpretacyjne w stosunku do sondowań dynamicznych. Wyni- pozwalają podjąć skuteczną próbę interpretowania rodzaju gruntu bez potrzeby wydobycia go na powierzchnię. Taką propozycję dla warunków polskich zawiera ryc. 4 [30], [33]. Pomiar ciśnienia (lub nadciśnienia w gruntach spoistych) wody w porach gruntu (wersja CPTU) wzbogaca te możliwości o ocenę warunków hydrogeologicznych. W XX w. w Polsce tak sondowania dynamiczne, jak i statyczne wykorzystywane były przede wszystkim do wyznaczania stopnia zagęszczenia I D gruntów niespoistych oraz (sondy SPT i CPT) stopnia plastyczności I L gruntów spoistych. Wynikało to z powszechności stosowania normy PN-81/B [30], w której parametry te pełniły funkcję tzw. parametrów wiodących. Z kilku znanych interpretacji funkcji I D = f(q c ) zacytować można wzór zalecany w normie PN-B 04452:2002 [38]: I D = 0,709 q c 0,165, natomiast popularne w Polsce sposoby wyznaczania stopnia plastyczności na podstawie wartości qc przedstawiono na ryc. 5. Dodać do tego należy propozycje Z. Młynarka i J. Wierzbickiego [34]: I L = 0,310-0,216ln(q n ) dla glin zwałowych normalnie skonsolidowanych, I L = 0,375-0,254ln(q n ) dla glin zwałowych prekonsolidowanych, I L = 0,265-0,213ln(q n ) dla iłów trzeciorzędowych. q n = (q t - σ vo ) (objaśnienia do parametrów w nawiasie w dalszej części tekstu). Tymczasem po wycofaniu normy PN-81/B [36] powszechne stało się oczekiwanie bezpośredniego wyznaczania parametrów wytrzymałościowych gruntów, zwłaszcza na podstawie badań in situ [8], [34]. Narzędziem szczególnie do tego predestynowanym wydaje się właśnie sonda statyczna. Już w Instrukcji zacytowano ciekawą propozycję wiązania oporu pod stożkiem sondy CPT nie tylko ze stopniem zagęszczenia, ale i z kątem tarcia wewnętrznego φ [2] tab. 12. Przy tej okazji zwrócono uwagę, że dysponując danymi opartymi na badaniach wykonanych klasycznym, mechanicznym (m) stożkiem Begemanna i chcąc porównać je z wynikami współczesnych badań wykonywanych już praktycznie wyłącznie końcówkami wyposażonymi w czujniki elektroniczne (e) należy stosować przeliczenie wyrażone zależnością: q c (m) = β x q c(e), przy czym dla gruntów spoistych współczynnik β może wahać się pomiędzy 1,4 a 1,7, zaś dla nawodnionych piasków wynosi 1,3 [6]. Współcześnie obserwujemy postęp także w dziedzinie kalibracji sond statycznych oferowanych przez różnych producentów, gdyż niestety jakość oferowanego sprzętu jest zróżnicowana [31]. A mówiąc o jakości badań należy mieć na myśli zarówno niezawodność zastosowanego sprzętu, jak i (właściwy) sposób interpretacji wyników [34]. Tab. 11 > 30 I L < 0 Zwarty Interpretacja sondowania SPT w gruntach spoistych. Ryc. 4 Klasyfikacja gruntów na podstawie wyników sondowań CPT [30]. Ryc. 5 Zależności pomiędzy oporem pod stożkiem sondy statycznej qc, a stopniem plastyczności iłów (1), glin zwięzłych (2) i pozostałych gruntów spoistych i mało spoistych (3) wg [13] oraz glin zwałowych Pomorza (4) wg [5]. Kompilacja zawarta w [19]. Aktualnie obserwuje się pewne zmiany zasad interpretacji wyników badań CPT. Zamiast tradycyjnych, zdefiniowanych wyżej wartości q c i f s definiuje się [34]: opór pod stożkiem netto (skorygowany) q t = q c + u2(1- a) q c - opór pod stożkiem, u2 - ciśnienie porowe mierzone w trakcie penetracji za stożkiem, a - współczynnik powierzchni stożka (podany przez producenta). znormalizowany opór stożka σ vo - składowa pionowa stanu naprężenia, σ vo - efektywna wartość składowej pionowej stanu naprężenia. i znormalizowany wskaźnik tarcia f s - tarcie na tulei. Parametry te wykorzystuje się w nowych zastosowaniach interpretacyjnych.

3 30 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ tów spoistych normalnie lub słabo skonsolidowanych zaleca się stosować N kt = 10 [11], a dla gruntów prekonsolidowanych N kt = [23]. Szereg innych zależności korelacyjnych dla gruntów spoistych podano w normie PN-B-04452:2002 [38] na podstawie prac studialnych Instytutu Techniki Budowlanej. Odmianą sondowania jest ścinanie obrotowe FVT polegające na obracaniu końcówki w kształcie krzyżaka wprowadzonej w grunt na daną głębokość i mierzeniu oporu ścinania. Badania dylatometryczne Piśmiennictwo: 1. Amar S., Clarke B.G.F., Gambin M.P., Orr T.L.L.: The application of pressuremeter test results to foundation design in Europe. A-stateof-theart report by ISSMFE European Technical Committee on Pressuremeters, Part I: Predrilled pressuremeters and self-boring pressuremeters; Balkema, Rotterdam Bergdahl U., Ottoson E., Malmborg B. S.: Plattgrundlaggning (Shallow foundations). AB Svensk Byggtjanst, Stockholm 1993 Fot.: KLOTOIDA Bajor, Zygmunt Sp. J.,. Tab. 12 Związek pomiędzy oporem pod stożkiem sondy CPT, a stopniem zagęszczenia i kątem tarcia wewnętrznego gruntów niespoistych. Kąt tarcia Stopień zagęszczenia Opór stożka q c (MPa) Stan gruntu wewnętrz- I D nego φ ( o ) 0 2,5 bardzo luźny 0 0, ,5 5 luźny 0,15 0, średnio 0,35 0, zagęszczony zagęszczony 0,65 0, > 20 bardzo 0,85 1, zagęszczony Uwaga: wartości kąta tarcia wewnętrznego podano dla piasków drobnych, średnich i grubych. Dla piasków pylastych wartość φ należy zredukować o 3 o a dla żwirów zwiększyć o 2 o Współczesna mechanika gruntów uzależnia wartości parametrów wytrzymałościowych od warunków drenażu pod obciążeniem. Analogicznie rozważać należy badania in situ. Interpretując wyniki badań zakłada się, że: w czystych (nie zaglinionych) gruntach niespoistych podczas penetracji ma miejsce pełny drenaż, więc wytrzymałość zdefiniowana jest przez efektywny kąt tarcia wewnętrznego φ, natomiast wartość spójności efektywnej c = 0; w gruntach spoistych penetracja odbywa się bez drenażu, a uzyskany parametr wytrzymałościowy interpretowany jest bez zmian objętościowych, w naprężeniach całkowitych i określany jako niedrenowany opór na ścinanie albo spójność (S u lub c u ) [33]. Kopalnią wiedzy na temat kierunków badań związanych z badaniami CPT i ich interpretacją jest monografia Lunne, Robertsona i Powella [25], choć bogactwo podanych tam propozycji czasami przytłacza. Dla wyznaczenia kąta tarcia φ obecnie zaleca się [33] zależności: P.K. Robertsona i R.G. Campanelli [44] φ = arc tan [0,1 + 0,38 log (q t /σ vo )] oraz P.W. Mayne a [28] φ = 17, ,0 log (q ct ) gdzie q ct = q c /(σ vo - σ atm ). Spośród wielu, często bardzo złożonych metod wyznaczania niedrenowanej wytrzymałości gruntu spoistego najpopularniejszym (i najprostszym) wydaje się wzór: Współczynnik N kt zmienia się dla większości gruntów w przedziale 8 16 [33]. Dla polskich grun- Badanie dylatometryczne DMT polega na wywieraniu nacisku na grunt okrągłą membraną o średnicy 60 mm zainstalowaną na sondzie o płytowym, czy też łopatkowym kształcie, którą wciska się w grunt na żądaną głębokość. Podczas ekspansji membrany wykonuje się dwa pomiary ciśnienia: p o odpowiadający pełnemu kontaktowi z otaczającym gruntem i p 1 po dalszym odkształceniu się membrany o ca 1 mm. Parametrami uzyskanymi z badania są: indeks (wskaźnik) materiałowy I D = (p 1 p o )/ (p o u o ) indeks (wskaźnik) składowej poziomej naprężenia K D = ( p o u o )/(σ vo u o ) moduł dylatometryczny E D = 34,6(p 1 p o ). Zasada dwóch metod Zaawansowane badania geotechniczne in situ mają umożliwić określanie całego zestawu cech (parametrów) gruntów podłoża, w tym tak trudnych do właściwej oceny, jak współczynniki parcia spoczynkowego K o, odporu K p, parcia czynnego K c, współczynnika prekonsolidacji OCR, a także modułów odkształcenia. Analizy te są złożone [33], a ich efekty nie zawsze zadowalające [27]. Stąd, o ile do niedawna stosowano najczęściej zasadę porównywania wyników danego badania in situ z wynikami badań laboratoryjnych, o tyle obecnie postuluje się wykonywanie badań in situ dwoma lub kilkoma metodami jednocześnie (w tych samych punktach badawczych). Najczęściej parę taką tworzą sondowanie CPTU i badanie dylatometryczne DMT [33], [34], włączając najnowsze, sejsmiczne odmiany tych badań. Dla przykładu poniżej podaje się (za [32]) zarys metody wyznaczania modułów odkształcenia z wykorzystaniem wyników badań CPTU i DMT. Pomiędzy parametrami tych testów istnieje zależność korelacyjna. Wpływ na postać funkcyjną tej zależności mają zmienne, które opisują (lub wpływają na) proces obu badań. Do zmiennych tych należą: mierzone wartości, cechy końcówek pomiarowych i prędkość penetracji, wilgotność i gęstość objętościowa gruntu oraz sztywność i struktura podłoża. Warunkiem umożliwiającym poszukiwanie związków pomiędzy modułami interpretowanymi z wyników badań CPTU i DMT jest zachowanie stałych wymiarów końcówek pomiarowych i prędkości penetracji. Należy pamiętać, że zagłębianie stożka CPTU i łopatki DMT generuje różne strefy deformacji, czy obszary plastyczne (ryc. 6), 3. Bojanowski W., Kubiczek M.: Badanie zagęszczenia gruntów nasypowych. Drogownictwo nr 2/1995; Borowczyk M., Frankowski Z.:Wpływ parametrów fizycznych gruntu na ocenę wskaźnika i stopnia zagęszczenia. VI Krajowa Konferencja Mechaniki Gruntów i Fundamentowania; 36-44, Buca B.:Interpretacja wyników sondowania sondą wciskaną w świetle nowych badań. Inżynieria Morska nr 1/1983; , Bustamante M., Gianselli L.: Design of auger displacement piles from in situ tests. Proc. 2nd Inter. Geot. Seminar on Deep Foundation on Bored and Auger Piles; Ghent, Belgium. Wyd. A. A. Balkema, Rotterdam Cichy W.: Geotechnika w przepisach prawa. [W:] Problemy geotechniczne obszarów przymorskich; XIII Krajowa Konferencja Mechaniki Gruntów i Fundamentowania Szczecin Międzyzdroje, Część II referaty generalne i zamawiane; 17 28, Cichy W.:Geotechnika w budownictwie drogowym. nr 1/2004; Clarke B.G.: Pressuremeters in Geotechnical Design. Blackie Academic & Professional, London Drągowski A.:Podstawowe kierunki badań i prac geologiczno inżynierskich w Polsce polityka resortu w dziedzinie geologii inżynierskiej. Przegląd Geologiczny nr 3/1997: Frankowski Z.: Ocena parametrów wytrzymałościowych gruntów spoistych metodami polowymi. X Krajowa Konf. Mechaniki Gruntów i Fundamentowania, Warszawa 1994 Ryc. 6 Strefy deformacji wokół stożka CPTU i łopatki dylatometru [32].

4 32 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ Ryc. 7 Zależność pomiędzy wartościami modułu edometrycznego według badań CPTU, DMT i wartością normową [36], a stopniem plastyczności [32]. a także zwrócić uwagę na zmienną procesu badawczego opisywaną jako struktura (gruntu). W przypadku gruntów o strukturze anizotropowej różny kierunek zadawania obciążeń (w dylatometrze poziomy, w CPTU pionowy) może powodować, że zależność pomiędzy modułami z obu badań będzie w sensie inżynierskim nieprzydatna. Według danych Katedry Geotechniki AR w Poznaniu moduł sieczny (edometryczny) dla glin można korzystając z wyników CPTU wyznaczać z zależności: M CPTU = 8,25 (q t σ vo ) = 1/m v, natomiast moduł edometryczny z badania dylatometrycznego wzorem: M DTM = R M x E D, gdzie R M = f(i D, K D ) Na ryc. 7 przedstawiono obliczone wartości modułów edometrycznych z badań CPTU i DMT w odniesieniu do ich stopnia plastyczności, który wyznaczono na podstawie granic Atterberga oraz wilgotności badanych glin. Naniesiono tam także zależność przedstawioną w normie PN-81/B [36], zaskakująco kompromisową. Dalsza procedura zalecana w [32] to kalibracja wyników sprowadzająca się do korekty współczynnika R M. Wyniki badań CPTU, DMT, a także wyniki innych sondowań czy ścinań obrotowych dotyczą momentu zniszczenia gruntu (naprężeń granicznych, maksymalnego dewiatora naprężeń), gdy tymczasem większość rzeczywistych problemów geotechnicznych nieznacznie wykracza poza sferę małych odkształceń [26], [33]. Procesy te można opisać modułem odkształcenia E o lub modułem ścinania G o. Oba parametry wyznaczyć można znając gęstość objętościową gruntu ρ i prędkość fali ścinającej V s. Jej wartość uzyskać można podczas badania SCPTU. Wtedy: G o = ρ V s. Znając wartość współczynnika Poissona v wyliczymy także modył sprężystości Younga E o = 2 ρ V s (1 v) = 2 G o (1 v). Badania presjometryczne Presjometr Ménarda (MPM) to najpopularniejsze narzędzie z grupy presjometrów (PMT) poprzedzonych wierceniem (predrilled pressuremeter PDP). Jako narzędzie badawcze dobrze spełnia zadanie próbnego obciążenia podłoża, które nie jest tak trudne organizacyjnie, kosztowne i czasochłonne jak badania pełnoskalowe, a jednocześnie może dotyczyć gruntu zalegającego na dowolnej głębokości. Kolejną zaletą metody jest możliwość traktowania badania presjometrycznego jako ekspansji cylindrycznej wnęki, co daje jej podstawy teoretyczne. Presjometr służy uzyskaniu zarówno podstawowych parametrów gruntu, jak i takich, które bezpośrednio wykorzystuje się w projektowaniu. Wynik badania presjometrycznego pozwala odnieść się do cji istotne są pomiary objętości po upływie połowy czasu przewidzianego dla każdego stopnia ciśnienia (w jednominutowym badaniu standardowym - 30 sek.; odczyt V 30 ) oraz po upływie całego czasu (odpowiednio - 1 min.) tzn. tuż przed podaniem kolejnego stopnia ciśnienia. Te ostatnie dane zapisywane jako V 60 służą do sporządzenia wykresu zmian objętości w funkcji ciśnienia, czyli krzywej presjometrycznej. Przebieg krzywej (ryc. 8) ma trzy fazy: początkową, gdy wartości V szybko wzrastają, a następnie krzywa przegina się wypukłością ku górze; jest to nieinterpretowalna faza dociskania sondy do ścianek otworu; pseudosprężystych odkształceń gruntu stanowiącą odcinek prosty lub częściej zbliżony do prostego; deformacji plastycznych (pełzania) gruntu charakteryzującą się szybko (nieproporcjonalnie) wzrastającymi wartościami V. Krzywa presjometryczna sporządzona na podstawie wyników prac polowych zawiera w sobie wpływ sztywności własnej sondy (jej osłon gumowych lub stalowo-gumowych) oraz elastyczności systemu, zwłaszcza przewodów. Ponadto należy mieć na uwadze, iż odczyty na manometrach dotyczą ciśnienia jakie wywierane jest na płyn znajdujący się w urządzeniu pomiarowym, a nie w poziomie sondy na pewnej głębokości pod powierzchnią terenu, gdzie dodatkowo oddziałuje ciśnienie hydrostatyczne wynikające z tej różnicy poziomów. Do surowych wyników pomiarów p r i V r należy więc wprowadzić odpowiednie poprawki. Podstawy teoretyczne wyznaczania parametrów presjometrycznych szeroko omówiono w [55]. Parametrami tymi są: moduł presjometryczny naprężenie graniczne p l odpowiadające objętości granicznej V l, naprężenie pełzania p f. Aby wyliczyć E M i p l z danego badania należy znać występujące w podanych wzorach wartości liczbowe charakterystycznych punktów krzywej presjometrycznej pokazane na ryc. 9. Wartość współczynnika Poissona przyjmuje się konwencjonalnie w wysokości ν = 0,3. Przy wyznaczaniu p f wykorzystuje się pewne prawidłowości związane z odczytami objętości V 30 i V 60. Porównując ze sobą kolejne różnice wartości V 60 V 30 zauważamy, że druga różnica jest niemal zawsze mniejsza od pierwszej, czasem ta tendencja sięga jeszcze do trzeciej różnicy, po czym kilka kolejnych jest bardzo do siebie zbliżonych lub wręcz identycznych. Mniej więcej w połowie badania różnice zaczynają stopniowo (choć nie zawsze regularnie) rosnąć. Początkowy odcinek malejących różnic nie jest interpretowany. Punkty drugiego i trzeciego odcinka wykresu p, ΔV układają się niemal dokładnie na liniach: poziomej i ukośnej. Ciśnienie p f odczytuje się w punkcie ich przecięcia (ryc. 10). Sprzęt do badań presjometrycznych ulega stałemu doskonaleniu (ryc. 11). Z wieloletnich doświadczeń wynika, że dopasowując odpowiednio technologię wierceń presjometr można stosować w każdych warunkach gruntowych, stąd zastrzeżenie w Instrukcji, że jest mało przydatny do badań gruntów słabych, w tym organicznych nie jest słuszne. Jest to być może najbardziej uniwersalna metoda badawcza, znajdująca zastosowanie zarówno w badaniach geologiczno-inżynierskich, jak i przy rozwiązywaniu problemów geotechnicznych [48]. Należy bowiem pamiętać, iż po skonstrudwóch najważniejszych dla projektanta cech gruntu: jego wytrzymałości (nośności) i ściśliwości. Inne rodzaje presjometrów to presjometr samowiercący SBP i wciskany (FDP lub PIP). Dodać też należy, że o ile np. stożek sondy wciskanej oddziałuje w trakcie badania na powierzchnię 10 cm 2, a podobnie rzecz się ma z badaniami próbek gruntu w edometrze, czy aparacie trójosiowym, to strefa oddziaływania sondy presjometrycznej sięga co najmniej kilkuset centymetrów kwadratowych. Redukuje to efekt skali. Wreszcie fakt, iż ciśnienie przekazywane na grunt wokół sondy jest równoważone jego odporem pozwala uniknąć potrzeby sztucznej przeciwwagi, na przykład kotwienia sprzętu [9], [12], [48]. Dyskusyjna jest zawarta w Instrukcji opinia, iż najwłaściwsze jest prowadzenie badań samowiercącą sondą presjometryczną. Faktycznie wprowadzenie tej odmiany w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku obudziło nadzieję na zachowanie dzięki niej nienaruszonej struktury i pierwotnego naprężenia w gruncie, ale szybko nastąpiło zniechęcenie spowodowane trudnościami interpretacyjnymi. W Europie używany jest on obecnie w Wielkiej Brytanii [9], podczas gdy presjometr Ménarda stosowany jest powszechnie w krajach frankofońskich (Francja, Belgia, Rumunia), a także w Niemczech i Czechach, w pozostałych krajach europejskich raczej sporadycznie, jako metoda specjalistyczna do stosowania w przypadku trudnych problemów geotechnicznych. Istotną przyczyną niewielkiej popularności badań presjometrycznych w Polsce są trudności w prawidłowym, zapewniającym odpowiednią jakość wyników wykonywaniu wierceń (niezbędnym warunkiem jest odpowiednia średnica i nienaruszenie ściany otworu) oraz słaba znajomość zasad interpretacji. Znana jest definicja określająca presjometr jako cylindryczną sondę mającą rozszerzalną, elastyczną membranę zaprojektowaną tak, aby wywierać jednolite ciśnienie na ścianki otworu wiertniczego [1]. Sonda pracująca w otworze wiertniczym jest zasadniczym elementem wynalazku L. Ménarda, który połączony jest ze znajdującym się na powierzchni urządzeniem kontrolno-pomiarowym pozwalającym śledzić przebieg badania przewodem podającym ciśnienie. Istotą badania jest mierzenie zależności pomiędzy naprężeniami i odkształceniami w gruncie. W metodzie Ménarda badanie polega na stopniowym zwiększaniu ciśnienia w sondzie i mierzeniu powstających zmian objętościowych. Podczas badania presjometrycznego przy każdym stopniu ciśnienia (p) mierzone są zmiany objętości sondy (odczyt V). Do późniejszej interpreta- Ryc. 8 Trzy fazy klasycznej krzywej presjometrycznej [14] owaniu swojego przyrządu w 1957 r. francuski inżynier L. Ménard dał podwaliny pod filozofię racjonalnego projektowania posadowień [12], [29]. Podsumowanie W niniejszej pracy zwrócono uwagę na różne aspekty związane z realizacją badań geologiczno-inżynierskich i geotechnicznych na potrzeby budownictwa drogowego. Zagadnienia te zostały bardzo szczegółowo i wnikliwie skodyfikowane w cytowanej tu wielokrotnie Instrukcji badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych [19]. Instrukcję opracowano w oparciu o stan prawny z dnia 31 grudnia 1997 r. W roku następnym ukazało się krótkie, ale znaczące Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych (zmienione Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. o tym samym tytule), w marcu 1999 r. istotne dla drogownictwa Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Ponadto wielokrotnie zmieniały się różne przepisy prawa geologicznego, aż do obowiązującej od 1 stycznia 2012 r. gruntownie przebudowanej Ustawy Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. Nr 163, poz. 981) i związanych z nią rozporządzeń wykonawczych. Zmianom tym, w kontekście zapisów Instrukcji, poświęcony jest obszerny Rozdział 2 niniejszego tekstu. Zwrócono tam uwagę, ze mimo wysiłków prawodawców zapisy prawa geologicznego i budowlanego dotyczące badań geologiczno-inżynierskich i geotechnicznych są nadal niespójne, co stwarza trudności w ich realizacji. Choć szereg zapisów znacznie rozszerzonego nowego Rozporządzenia w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych stanowi, zdaniem autora, krok we właściwym kierunku (na przykład zastąpienie niedookreślonych w Rozporządzeniu MSWiA opracowań geotechnicznych pt. ekspertyza i dokumentacja bardziej jednoznacznie zdefiniowanymi: opinią, dokumentacją i projektem geotechnicznym), to jednocześnie rodzi się szereg innych pytań i wątpliwości, które będą musiały być rozstrzygnięte w codziennej praktyce. Etapowanie badań podłoża zaproponowane w Instrukcji to jedno z jej ciekawszych i przydatnych osiągnięć. Zagadnienia te omówiono w pierwszej części artykułu. W podsumowaniu warto może jeszcze zwrócić uwagę na ściśle z etapowaniem związany problem ryzyka i ilości informa- Ryc. 9 Punkty krzywej presjometrycznej służące wyznaczeniu presjometrycznej nośności granicznej p l i wyliczeniu modułu presjometrycznego E M : ciśnienia p 1 i p 2 i odpowiadające im objętości V 1 i V 2 oznaczające początek i koniec strefy modułu, objętość v m równa (V 1 + V 2 )/2 służąca wyliczeniu V m = V S + v m (gdzie V S to objętość początkowa komory pomiarowej sondy presjometrycznej), objętość graniczna Vl wyliczona wzorem V l = V S + 2V1 [48]. 12. Gambin M.: Presjometr Menarda podstawowe narzędzie w badaniach geotechnicznych. XI Krajowa Konf. Mech. Gruntów i Fundamentowania, Gdańsk 1997; Gawlik J.: Wytyczne wykonywania badań sondą wciskaną i interpretacji wyników badań. Wyd. Geoprojekt Warszawa Glazer Z., Malinowski J.:Geologia i geotechnika dla inżynierów budownictwa. Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa Gołębiewska A., Wudzka A.: Nowa klasyfikacja gruntów według normy PN-EN ISO. drogi mosty tunele 04/2006; Gołęciewska A.: Klasyfikacja gruntów według normy PN-EN ISO. (część I) Inżynier Budownictwa 12/2007; Gołębiewska A.: Klasyfikacja gruntów według normy PN-EN ISO. (część II) Inżynier Budownictwa 01/2008; Haurykiewicz J.: Geologia a geotechnika; perspektywy interakcji. W: Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce; Materiały II Ogólnopolskiego Sympozjum w Kiekrzu k/poznania; , Kłosiński B., Bażyński J., Frankowski Z., Kaczyński R., Wierzbicki S.: Instrukcja badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych. Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa Kłosiński B., Wierzbicki S., Bażyński J., Frankowski Z., Kaczyński R. Problemy rozpoznania podłoża gruntowego nowych i modernizowanych budowli drogowych i mostowych. W: Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce; Materiały II Ogólnopolskiego Sympozjum w Kiekrzu k/poznania maja 1998: 11 18, 1998.

5 34 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ Ryc. 10 Krzywa pełzania (z norm francuskich). Ryc. 11 Nowy model presjometru Ménarda wyposażony w rejestrator SPAD (z katalogu firmy APAGEO, Francja). w momentach, kiedy pewien zakres badań okazuje się wystarczający dla wyjaśnienia jakiegoś zagadnienia cząstkowego. Przykłady pokazano na ryc. 13. Tylko dla badań w prostych warunkach gruntowych (krzywa po lewej) można założyć regularny wzrost liczby danych o warunkach gruntowych (i spadek ryzyka projektowego) wraz z postępem rozpoznania. W złożonych warunkach gruntowych decydujące znaczenie będzie miała jakość zastosowanych metod badawczych, stąd dwie funkcje obrazujące postęp rozpoznania. Skokowy, szacowany na 20% możliwego do osiągnięcia zakresu informacji postęp rozpoznania przy nikłych kosztach (do punktu A ) oznacza zaangażowanie w analizę danych archiwalnych uzupełnionych małym zakresem tanich badań terenowych (= etap studium geologiczno-inżynierskiego). Dalej w miarę realizacji zakładanego zakresu badań, następuje liniowy postęp tak w zakresie pozyskiwanych informacji, jak i redukcji ryzyka. W pewnym momencie zrealicji jakie wynikają z postępu robót. Temat znany od dawna [24] nabiera obecnie znaczenia w znacznie nowocześniejszym ujęciu [35]. Wrócimy do niego na zakończenie omawiając problematykę jakości opracowań geologicznych i geotechnicznych. Tutaj zwróćmy tylko uwagę na dwa aspekty. Pierwszy to kwestia właściwego, a więc zindywidualizowanego podejścia do problemu. Związek malejącego ryzyka z rosnącą ilością informacji pokazany na ryc. 12 [60] jest niewątpliwie elegancki, ale tylko w pierwszym przybliżeniu zgodny z rzeczywistością. Zwraca uwagę podobieństwo tego obrazu z koncepcją pokazaną na ryc. 1, choć inaczej szacowana jest liczba danych (koszty badań) niezbędna do uzyskania w miarę wiarygodnego obrazu rzeczywistości. Jak jest naprawdę? Zdaniem autora, po pierwsze charakter krzywej rozpoznania podłoża zależy od stopnia złożoności warunków gruntowych oraz od jakości zastosowanych metod badawczych, a po drugie zazwyczaj nie ma ona jednostajnego przebiegu, lecz ulega załamaniu raz bądź kilka razy zowany zakres prac zapewnia rozwiązanie jednego z postawionych, głównych problemów. Na przykład skonstruowanie wiarygodnego modelu budowy geologicznej. Dalsze rozpoznanie w tym kierunku (odcinki B C) jest nieopłacalne. Uzyskiwane dane w większości tylko potwierdzają zasadność przyjętego rozwiązania. Dalsze badania powinno się więc ukierunkować na rozpoznanie szczegółów najistotniejszych dla przyszłych rozwiązań projektowych. Ich właściwy wybór w połączeniu z właściwą metodyką badań zapewnia szybki wzrost zakresu informacji i spadek ryzyka (odcinek C D). Kontynuowanie badań poza punkt D, gdy przebieg funkcji jest niemal poziomy, mija się z celem. W przedstawionym ujęciu komentowane wykresy są funkcjami przedziałami liniowymi. Nachylenie odcinków A B i C D wiąże się z jakością badań. Należy zwrócić uwagę, że pozioma oś kosztów celowo nie jest skalowana. Jest oczywiste, że cena badań niskiej jakości będzie wyraźnie niższa od kosztu badań wysokiej klasy. Jednak idąc tańszą ścieżką nigdy nie uzyska się akceptowalnej redukcji ryzyka. Znając wyniki badań wstępnych opartych o tradycyjne techniki interpretacji można oszacować, na ile rozszerzenie programu badań wpłynie na obniżenie kosztów inwestycji, np. poprzez zastosowanie wspartych wynikami tych badań tańszych rozwiązań konstrukcyjnych [34]. Takie możliwości daje etapowanie zalecane w Instrukcji. Właściwie ukierunkowane badania dodatkowe są wręcz niezbędne, gdy podstawowa, o niskiej jakości dokumentacja geologiczno inżynierska nie pozwala właściwie zaprojektować np. zaawansowanych robót geotechnicznych związanych ze wzmocnieniem podłoża [53]. We wcześniejszych częściach artykułu dyskutowano zawarte w instrukcji treści dotyczące realizacji badań polowych i laboratoryjnym z uwzględnieniem specyfiki drogowej oraz postęp i nowe trendy w metodyce badań podłoża. Trzeba podkreślić, że nowości te to nie tylko efekt normalnego postępu wiedzy, ale też skutek bardzo poważnych zmian w filozofii dokumentowania geotechnicznego spowodowany w Polsce wprowadzeniem norm euro- Ryc. 12 Zależność pomiędzy ryzykiem projektowym i ilością informacji a kosztami jej uzyskania [60]. 21. Kłosiński B.: Przegląd norm europejskich dotyczących projektowania konstrukcji geotechnicznych. i Tunelowanie nr 2/2005; Kłosiński B., Rychlewski P.: Charakterystyka nowych europejskich norm geotechnicznych. XXIV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Wisła 2009; Kowalczyk D., Szymański A., Borowczyk M.: Możliwości wyznaczania wytrzymałości gruntów silnie prekonsolidowanych na podstawie badań terenowych. Przegląd Naukowy Wydziału Melioracji i Inżynierii Środowiska, zeszyt 12, Warszawa Kowalski W.C.: Geologia inżynierska. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa Lunne T., Robertson P.K., Powell I.: Cone Penetration Testing in Geotechnical Practise. Blackie Academic, Markowska-Lech K.: Przegląd metod wyznaczania modułu ścinania (Go) z badań terenowych i laboratoryjnych na przykładzie iłów plioceńskich. Prz. Nauk. Inżynieria i Kształtowanie Środowiska z. 1/2006; Markowska-Lech K.: Wpływ wskaźnika prekonsolidacji na moduł odkształcenia postaciowego w gruntach spoistych. Prz. Nauk. Inżynieria i Kształtowanie Środowiska z 4/2010; Mayne P.W.: Stress-strainstrength-flow parameters from enhanced in situ tests. Int. Conf. on In-situ Measurement of Soil Properties and Case Histories, Bali Ryc. 13 Postępy rozpoznania warunków gruntowych zależne od ich złożoności i jakości rozpoznania. Znaczenie granic przedziałów (A D) objaśniono w tekście. Fot.: KLOTOIDA Bajor, Zygmunt Sp. J.

6 36 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ Tab. 13 Moduły odkształcenia wyznaczone na danym terenie według różnych metod badawczych [59]. 29. Ménard L.: Interpretation and Application of Pressuremeter Test Results to Foundation Design. Sols Soils No 26, Młynarek Z., Tschuschke W., Wierzbicki J.: Klasyfikacja gruntów podłoża budowlanego metodą statycznego sondowania. XI Krajowa Konf. Mechaniki Gruntów i Fundamentowania. Geotechnika w budownictwie i transporcie. PG Gdańsk Młynarek K Z., Kroll M., Wołyński W., Lunne T.: Identyfikacja jednorodności podłoża różnymi rodzajami penetrometrów w ujęciu analizy statystycznej. Inżynieria Morska i Geotechnika nr 3-4/2003; Młynarek Z., Tschuschke W., Gogolik S.: W sprawie wyznaczania modułów odkształcenia podłoża budowlanego metodą statycznego sondowania i dylatometru Marchettiego. Inżynieria Morska i Geotechnika nr 3-4/2003; Młynarek Z.: Współczesne tendencje wyznaczania parametrów geotechnicznych metodami in situ, cz. II. Inżynieria Morska i Geotechnika nr 1/2004; Moduły odkształcenia określone różnymi metodami Głębokość (m) Konsolidometr CSW DMT PMT CPTU E max (MPa) M (MPa) E M (MPa) M (MPa) M o (MPa) M (MPa) , ,8 11, , , , pejskich. Zmiany te oczekiwane od lat przez geotechników [7], [8] wywołały skutki nie zawsze zgodży traktować jako parametrów do projektowa- z badań laboratoryjnych czy polowych nie nalene z tymi oczekiwaniami. Chodzi przede wszystkim o odejście od tzw. metody B zalecanej nor- obciążeń, szybkości ich narastania, typu fundamennia. Odpowiedź gruntu zależy bowiem od wartości mą PN-81/B [36] i o bezpośrednie wyznaczanie parametrów geotechnicznych. Bardzo pozytywściwościami podłoża, które decydują o zachowaniu tu itd. Należy więc uwzględnić różnice między włanym skutkiem tej zmiany było wyposażenie wielu polskich firm geotechnicznych w nowoczesny manymi z wyników badań. Przekształcenie wyni- konstrukcji, a parametrami geotechnicznymi otrzy- sprzęt do sondowań statycznych, bez którego trudno sobie wręcz wyobrazić obecnie realizację jakiewały zachowanie gruntów pod danym obciążeniem ków badań na wartości, które będą charakteryzogokolwiek poważniejszego projektu geotechnicznego. Równolegle biura projektów wyposażały się Nowa filozofia projektowania znacznie zwiększa musi uwzględniać efekt skali [59]. w nowoczesne oprogramowanie do obliczeń fundamentowych i geotechnicznych. Wzrosły więc ich dziej wnikliwych analiz wyników badań i może skut- odpowiedzialność projektanta. Zmusza to do bar- wymagania odnośnie do zestawu parametrów niezbędnych do projektowania daleko odbiegających z tym oszczędnościami, ale również niesie za sobą kować optymalizacją projektowania i związanymi od tego, co wszyscy znali z normy [36]. Przykładem z jednej strony zwiększenie ryzyka (patrz powyższy na bardzo specyficzne potrzeby odnośnie parametrów geotechnicznych są obliczenia dla fundamenpiecznych w przypadku szumu informacyjnego przykład), a z drugiej tendencje do podejść zbyt beztów elektrowni wiatrowych, gdzie oczekuje się m. in. zawartego w dokumentacji. Nawet niejako z urzędu dynamicznego modułu ściśliwości, modułu sprężystości poprzecznej, czy sztywności skrętnej (wymoca uwagę [59], że poprzednia norma [36], z której lobbując na rzecz nowych norm L. Wysokiński zwragi firmy Enercon). W związku z tym mimo dostrzegalnego postępu w interpretacji sondowań CPTU tów głównie metodą B, mimo ogólnego formuło- przez 20 lat geotechnicy określali parametry grun- i badań dylatometrycznych, coraz częściej dochodzi wania danych dotyczących gruntów spoistych (typy do braku zrozumienia na linii dokumentator projektant. Dodać należy, że niezbędne dla określenia nych katastrof czy awarii, czyli podawane przez nie genetyczne gruntów ABCD) nie powodowała żad- wysoce specjalistycznych parametrów geotechnicznych umiejętności właściwej interpretacji wyników podjąć prace nad europeizacją tej normy [22]. parametry były bezpieczne. Stąd sugestie, że warto badań CPTU czy DMT posiada w Polsce najwyżej kilku specjalistów. Interpretacja sondowań statycznych go w ostatnich latach w Polsce pojawiają się głosy W obliczu drogowego boomu inwestycyjne- u większości wykonawców sprowadza się do wyznaczania parametrów stanu. Z kolei nawet poprawne na potrzeby budowy dróg [67]. Jakie są tego przyczy- o niskiej jakości badań geologicznych wykonywanych wyznaczenie parametrów kilkoma różnymi metodami oznacza ogromny szum informacyjny, z którym typowe procedury przygotowań tych inwestycji. Ogłony? Sprzyjają temu (mimo pozytywnych wyjątków) nie każdy potrafi sobie poradzić (tab. 13). szenie przetargu na projektowanie nowej drogi często opóźnia się z uwagi na trudności formalne (opór Przykładem tego stanu rzeczy może być znana katastrofa budowlana obudowy głębokiego wykopu właścicieli terenu, kwestie środowiskowe) i inwestycja jest w niedoczasie jeszcze zanim się rozpoczęła. ul. Puławskiej w Warszawie. Jego realizacja poprzedzona była szczegółowymi badaniami z udziałem kilku instytucji, które w różny sposób szacowały niezacji prac projektowych. To mu się udaje, gdyż prze- Stąd inwestor stara się narzucić krótkie terminy realizbędne do projektowania wartości spójności i kąta targi drogowe wzbudzają duże zainteresowanie, więc tarcia wewnętrznego występujących w podłożu iłów. nikt nie ryzykuje odrzucenia jego oferty. Z tych samych Średnie wartości spójności według wyników poszczególnych analiz wahały się w granicach c = giczno-inżynierskie wchodzą zwykle w pakiet prac względów ceny przetargowe są niskie. Badania geolo- kpa, zaś kąta tarcia wewnętrznego φ = 3 9 o. Dla projektowych. Trudno dziwić się, że projektant próbuje odbić na firmie geologicznej stratę którą poniósł- celów projektowania ścian szczelinowych zalecono przyjmować ostrożnie c = 17 kpa i φ = 5 o, jednak na by dzięki zaoferowanej przez siebie dumpingowej żądanie projektanta zagranicznego ostatecznie przyjęto c = 100 kpa (!) i φ = 10 o. Rzeczywiste patrametry by kilkunastu czy kilkudziesięciu kilometrów drogi cenie. Jemu też to się udaje. Zakres badań na potrze- nośności podłoża oszacowano po katastrofie metodą z obiektami inżynierskimi musi być duży. Żeby ich realizacja była opłacalna trzeba zaoszczędzić na jakości. analizy wstecznej na c = 37 kpa i φ = 10 o [59]. Według Eurokodu 7 parametrów otrzymanych O jakości badań geologiczno-inżynierskich mówić można na każdym ich etapie. To analiza dostępnych danych pozwalająca skonstruować optymalny zakres badań. Odpowiednia technologia wierceń umożliwiająca pobór dobrej jakości próbek do badań laboratoryjnych i przeprowadzenie obserwacji hydrogeologicznych. Właściwy w danych warunkach dobór badań in situ i ich prawidłowe przeprowadzenie. Stały dozór geologiczny w terenie. Odpowiedni program badań laboratoryjnych i wykonanie ich atestowanym sprzętem. I wreszcie wnikliwa analiza wyników badań terenowych i laboratoryjnych, ich prawidłowa interpretacja oraz bezbłędna synteza w dokumentacji geologiczno-inżynierskiej zakończonej wnioskami. Błędy zdarzyć się mogą na każdym etapie. Te w stronę niebezpieczną grożą stateczności przyszłej budowli. Błędy rzucające się w oczy podważają wiarygodność dokumentacji i skłaniają projektanta (czy wcześniej geotechnika) do stosowania większych niż zwykle współczynników bezpieczeństwa. O tym, jak trudno uniknąć błędów w dużym opracowaniu, jakim zwykle bywa dokumentacja geologiczno-inżynierska odcinka autostrady, czy drogi szybkiego ruchu świadczą... wzorcowe przykłady załączników graficznych umieszczone w końcu tomu II Instrukcji. Uważny czytelnik znaleźć może np. na zał. nr 3,4 i 3.5 pięć (!) błędów związanych z pokazanym tam otworem nr 3 i dwa z otworem nr 2. Skoro tyle ich znaleźć można na wzorcowych przykładach, to jak może wyglądać przeciętna dokumentacja? Wykonawca robót budowlanych na pewnej drodze zgłosił inwestorowi roszczenia o dodatkową zapłatę argumentując to błędami (niezgodnością z rzeczywistością) w dokumentacji geologiczno -inżynierskiej. Inwestor zwrócił się do firmy Geoprojekt Szczecin o przeprowadzenie analizy tej dokumentacji i dokumentów związanych ze sprawą. Przeanalizowano też wyniki badań kontrolnych wykonanych na zlecenie tego wykonawcy oraz przeprowadzono wyrywkowe badania własne. Analiza materiałów wykazała cały szereg uchybień formalnych i metodologicznych podczas realizacji prac geologicznych. Ponadto stwierdzono między innymi, że: większość wierceń została wykonana jako nierurowane, podczas gdy w dokumentacji wiercenia opisano jako wykonane systemem udarowo-obrotowym z rurowaniem, w razie potrzeby nawet trzema kolumnami; zakres prac, zwłaszcza wiertniczych był w analizowanej dokumentacji tak duży, że ich realizacja na deklarowanym poziomie (wszystkie wiercenia rurowane) nie mogłaby odbyć się w czasie kilku miesięcy (rzeczywisty czas realizacji prac polowych nie został w dokumentacji ujawniony) bez zatrudnienia podwykonawców, o czym w dokumentacji nie wspomniano, roboty geologiczne prowadzone były bez stałego dozoru geologicznego, pod ogólnym nadzorem głównego (i jedynego uprawnionego) dokumentatora, w dokumentacji wykazano znacznie mniejsze miąższości gruntów organicznych, niż stwierdzono później podczas prac ziemnych, czego przyczyną było najprawdopodobniej niewykonanie badań w centrach bagien (z uwagi na niedostępność terenu), choć punkty te zaznaczono na mapie dokumentacyjnej, popełniano systematyczny błąd polegający na uznaniu przez osoby dokumentujące, iż w partiach przypowierzchniowych podłoża dominują grunty twardoplastyczne, podczas gdy w rzeczywistości często były to grunty plastyczne (co potwierdziły badania kontrolne wykonawcy i firmy Geoprojekt Szczecin), przebieg sondowań DPSH pokazany w dokumentacji geologiczno inżynierskiej nie był możliwy (co potwierdziły sondowania kontrolne firmy Geoprojekt Szczecin), a więc karty sondowań zostały sfabrykowane. W Rozdziale 5 Instrukcji podano zalecenia dotyczące nadzoru inwestorskiego i geotechnicznego nad badaniami podłoża, w tym nad realizacją badań terenowych. Należy stwierdzić, że tego typu działanie jest w Polsce raczej nie spotykane i nie dotyczy to tylko inwestycji drogowych. Nic dziwnego, że czasem sprawdza się znane przysłowie, iż okazja czyni złodzieja. Zwłaszcza, gdy wykonawca badań ma wykonać je za zbyt skromne w stosunku do nakładu pracy wynagrodzenie i znajduje się pod presją czasu. Lata doświadczeń we współpracy z różnymi, także zagranicznymi inwestorami, kierowanie tak dużymi projektami jak Autostrada A1 (90 km odcinek Gdańsk Nowe Marzy), Rafineria Lotos i dziesiątki innych, a ostatnio ciekawe doświadczenie z nadzorem inwestorskim sprawowanym przez francuski koncern EDF nad realizacją przez Geoprojekt Szczecin bardzo dużej dokumentacji geologiczno-inżynierskiej dla nowego bloku energetycznego Elektrowni Rybnik pozwalają autorowi na sformułowanie zaleceń, których celem jest podniesienie jakości realizacji badań i dokumentacji geologiczno inżynierskich dla poważnych inwestycji drogowych. Zdaniem autora poszczególne fazy rozpoznania geologicznego i projektowania geotechnicznego powinny być realizowane w sposób opisany poniżej. Na potrzeby Studium geologiczno-inżynierskiego (obecnie może Opinii geotechnicznej?) Inwestor powinien wskazać na mapie przewidywaną lokalizację drogi (w jednym lub kilku wariantach) oraz obiektów mostowych i towarzyszących. Na tym etapie nie należy definiować przebiegu niwelety. W ramach Studium oprócz spełnienia wymogów szczegółowo opisanych w Instrukcji (i powtórzonych w niniejszym artykule) należy opracować przekroje geologiczno inżynierskie, na których zaproponować należy nieweletę drogi optymalną z punktu widzenia określonych w Studium warunków geologiczno-inżynierskich. Rozpisując przetarg na opracowanie Projektu robót geologicznych, należy umożliwić oferentom zapoznanie się ze Studium geologiczno inżynierskim i dostarczyć im wymagania techniczno budowlane wraz z mapami i przekrojem (niweletą) drogi. Niweletę należy starać się dopasować do warunków geologicznych uwzględniając z drugiej strony wymogi projektowe i ewentualne inne ograniczenia (jak światło mostu nad torem wodnym czy drogą). Wymagania powinny wskazać prawdopodobne (wynikające z analizy treści Studium) metody posadowienia obiektów inżynierskich (mostów) i uzdatniania podłoża na odcinkach występowania gruntów słabonośnych. W ofertach opracowanych na bazie tych materiałów powinny znaleźć się między innymi: krytyczna ocena treści Studium geologicznoinżynierskiego, ramowe propozycje metod badawczych, które zamierza się umieścić w projekcie. Zasadność tych ocen i propozycji powinna zostać zbadana przez powołany już na tym etapie inwestycji Nadzór geotechniczny i stanowić poza ceną i wymogami formalnymi istotny czynnik wyboru najlepszej oferty. 34. Młynarek Z., Wierzbicki J.: Nowoczesne metody rozpoznawania podłoża dla potrzeb budowy mostów i tuneli. i Tunelowanie nr 2/2005; Młynarek Z.: Podłoże gruntowe a awaria budowlana. XXIV Konferencja Naukowo Techniczna Awarie Budowlane, Międzyzdroje PN-81/B Grunty budowlane Posadowienie bezpośrednie budowli Obliczenia statyczne i projektowanie. 37. PN-88/B Grunty budowlane Badania laboratoryjne. 38. PN-B-04452:2002 Geotechnika. Badania polowe. 39. PN-EN :2008; Eurokod 7 Projektowanie geotechniczne Część 1: Zasady ogólne. 40. PN-EN :2009; Eurokod 7 Projektowanie geotechniczne Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego. 41. PN-EN ISO :2005 Badania geotechniczne; Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów Część 1: Oznaczanie i opis. 42. PN-EN ISO :2005 Badania geotechniczne; Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów Część 2 Zasady klasyfikowania. 43. PN-EN ISO :2005 Rozpoznanie i badania geotechniczne. Badania polowe. Część 2: Sondowanie dynamiczne. 44. Robertson P.K., Campanella R.G..: Interpretation of cone penetration tests in sands. Canadian Geotechnical Journal, vol. 20 (4), Rybak J., Stilger-Szydło E.: Znaczenie i błędy rozpoznania podłoża gruntowego przy posadowieniach obiektów infrastruktury transportu lądowego. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne nr 4/2010; Serbeńska A.: Geotechnika w drogownictwie. Polskie drogi nr 8/2001; Tarnawski M.: Geologia inżynierska a geotechnika. Przegląd Geologiczny nr 11/2000; Tarnawski M.: Zastosowanie presjometru w badaniach gruntu. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa Tarnawski M.: Geologia inżynierska i geotechnika: koegzystencja czy współpraca? W: Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce; III Ogólnopolskie Sympozjum w Puszczykowie k/poznania; Geologos nr 11/ Tarnawski M., O potrzebie weryfikacji interpretacji wyników sondowań dynamicznych w gruntach niespoistych. Inżynieria Morska i Geotechnika nr 3/2010;

7 38 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/2012 DROGI Budownictwo infrastrukturalne 9/ Tarnawski M., Sykuła R., Ura M.: Problemy z nazewnictwem gruntów spoistych według normu PN-EN ISO Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego nr 446(2)/2011; Tarnawski M.: Metody badań podłoża gruntowego na potrzeby budowy dróg. Konferencja Podłoże i fundamenty budowli drogowych, Kielce 2012; Trybocka K.: Projekt i realizacja wzmocnienia słabego podłoża nasypów na obwodnicy południowej Gdańska. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, maj czerwiec/2010; Wiłun Z., Zarys geotechniki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1976, Wysokiński L.: Problemy harmonizacji polskich norm gruntowych z systemem europejskim. W: Współczesne problemy geologii inżynierskiej w Polsce Materiały II Ogólnopolskiego Sympozjum w Kiekrzu k/ Poznania maja 1998 (red. J. Liszkowski).: Wysokiński L.: Dostosowanie polskich norm w geotechnice do systemu norm europejskich (EN 1997). W: Konferencja naukowotechniczna Harmonizacja polskich norm geotechnicznych z systemem norm europejskich referaty. Pr. Instytut Techniki Budowlanej: 41-66, Wysokiński L.: Normy w geotechnice i geologii inżynierskiej na przykładzie normy Badania polowe. W: Seminarium Nowoczesne metody badań gruntów. Pr. Instytut Techniki Budowlanej:5-9, Wysokiński L.: Seminarium Dokumentowanie geotechniczne na potrzeby obiektów budowlanych w gospodarce przestrzennej i infrastrukturze. Wyd. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa Wysokiński L.: Błędy systematyczne w rozpoznaniu geotechnicznym i ich wpływ na projektowanie budowlane. XXIII Konferencja Naukowo Techniczna Awarie Budowlane, Szczecin Międzyzdroje 2007; Zetter A.H., Poisel R., Stadler G.: Bewertung geologisch - geotechnischer Risiken mit Hilfe von Fuzzy Logik und Expertsystemen. Felsbau 6; , Żółtowski Z.: Prawo geologiczne. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa geoportal.pgi.gov.pl/css/ powiaty/ekspert/ekspert_ inzynierska.pdf archiwalna/pkg/prawo%20 geotechniczne/stanowisko.html pkg/text/stan1.htm archiwalna/pkg/prawo%20 geotechniczne/nowy%20 projekt%20rozporzadzenia.html 66. siskom.waw.pl/rospuda/ Wariant_alt/Opracowanie-dowariantu-alternatywnego.pdf 67. inframedia.pl/article_ advances/category/drogi/1/ pozwolcie_nam_budowac/1 Z przyczyn logistycznych nadzór geotechniczny powinien zostać wyłoniony wśród firm czy instytucji terytorialnie związanych z lokalizacją inwestycji. Personalnie powinna znaleźć się w nim osoba o uznanych kompetencjach z dziedziny geologii inżynierskiej lub geotechniki, a także osoby, których zadaniem byłoby pełnienie bieżących funkcji kontrolnych w trakcie realizacji tematu. Projekt robót geologicznych musi być oczywiście wykonany zgodnie z prawem geologicznym i uzgodniony zarówno z jednostką projektującą, jak i inwestorem. Specyfika badań dla poważnych inwestycji drogowych to przede wszystkim bardzo duże zakresy prac terenowych i laboratoryjnych oraz relatywnie krótkie terminy realizacji. W związku z tym istotną rolę powinien odgrywać w projekcie szczegółowy harmonogram tych robót i badań, co zwykle traktowane jest po macoszemu. Inwestor powinien wskazać wykonawcy projektu oczekiwany czas realizacji kontraktu na opracowanie dokumentacji geologiczno-inżynierskiej i ten okres powinien zostać szczegółowo rozpracowany w harmonogramie. Wykonawca projektu musi znać typowe wydajności pracy poszczególnych asortymentów robót geologicznych, badań laboratoryjnych i prac kameralnych i wskazać zapewniającą terminową realizację całości tematu liczbę poszczególnych urządzeń (wiertnic, sond, aparatów trójosiowych, edometrów itd.). W zależności od znajomości modelu budowy geologicznej na etapie konstruowania projektu należy w nim założyć odpowiednio większe lub mniejsze możliwości korekt zakresu prac w zależności od stwierdzanych warunków pamiętając o tym, że znaczne odstępstwa od projektowanego zakresu prac mogą skutkować trudnościami z zatwierdzeniem dokumentacji. Po ogłoszeniu przetargu na wykonanie dokumentacji geologiczno-inżynierskiej inwestor powinien zapoznać zgłaszających się oferentów z projektem prac geologicznych i zażądać oświadczenia o zdolności realizacji projektowanych prac w określony w projekcie sposób i w żądanym terminie. Następnie nadzór geotechniczny powinien sprawdzić (odwiedzając zgłaszające się do przetargu firmy), czy rzeczywiście dysponują one deklarowanym potencjałem badawczym. Zapytania o oferty cenowe powinny zostać skierowane do tych oferentów, których sprawdzone możliwości dają szansę prawidłowej realizacji kontraktu. Dalsza procedura mogła by się toczyć na zwykle stosowanych zasadach. Realizację robót geologicznych, badań laboratoryjnych i prac dokumentacyjnych powinna być monitorowana przez nadzór geotechniczny, a ewentualne nieprawidłowości zgłaszane inwestorowi i wykonawcy z żądaniem stosownych zmian procedur. Nadzór geologiczny powinien żądać raportów cząstkowych i prowadzić analizy zmierzające do ustalenia, czy realizacja robót i badań zgodnie z projektem zapewni rozwiązanie zadania geologicznego. Nadzór w porozumieniu z wykonawcą zgłaszałby inwestorowi ewentualne potrzeby korekt bądź uzupełnień zakresu prac (wykonania robót dodatkowych). Nadzór geotechniczny w porozumieniu z projektantem i nadzorem inwestorskim powinien przejrzeć draft Dokumentacji geologiczno-inżynierskiej i zgłosić wykonawcy ewentualne uwagi. Dotyczy to zwłaszcza wniosków i oceny jakości przeprowadzonych badań, ich interpretacji i kompletności dokumentacji. Należy podkreślić, że dokumentacja, zwłaszcza zrealizowana zgodnie z projektem nie musi zawierać odpowiedzi na wszystkie nurtujące projektanta i inwestora pytania, powinna natomiast wskazać jakie problemy powinny zostać wyjaśnione w dokumentacji badań podłoża gruntowego (do niedawna zwanej geotechniczną ). Cele dokumentacji badań podłoża gruntowego były dyskutowane powyżej. Jej zawartość wskazano w 9 Rozporządzenia MTBiGM, choć trudno na tej podstawie ocenić, co będzie ją różnić od opinii geotechnicznej i dokumentacji geologiczno-inżynierskiej. Dokumentację badań podłoża może opracować wykonawca dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, albo inny podmiot. Rozporządzenie tego nie określa. Zdaniem autora w typowym przypadku będzie ona zawierać wyniki niezbędnych badań dodatkowych i analizę dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, ale nie jest jasne, czy należy ją wykonywać i co będzie zawierać, jeśli można będzie uznać, że Dokumentacja geologiczno-inżynierska zawiera komplet niezbędnych informacji (wyników badań). Przecież same wnioski i obliczenia geotechniczne to domena projektu geotechnicznego. Jeśli jakiekolwiek zagadnienia geotechniczne nie zostaną w ramach opisanych wyżej opracowań i powstałych na ich bazie projektów do końca rozwiązane, inwestor powinien poinformować o tym w SIWZ potencjalnych wykonawców cedując na nich potrzebę przeprowadzenia badań uzupełniających. Takiej ewentualności nowe Rozporządzenia MTBiGM explicite nie przewiduje, podobnie jak ekspertyzy służącej np. wyjaśnieniu geotechnicznych przyczyn awarii, czy katastrofy budowlanej. Na zakończenie apel do środowiska naukowego o podjęcie wysiłków umożliwiających możliwie szybką asymilację nowych norm europejskich na polskim rynku. Problematyka ta jest szeroka i w wielu aspektach została podniesiona w tym artykule. Najistotniejsze wydaje się autorowi zdefiniowanie palety parametrów opisujących cechy mechaniczne gruntów niezbędne w nowoczesnych rozwiązaniach projektowych, wskazanie sytuacji projektowych, w których dany parametr znajduje zastosowanie oraz podanie właściwych metod pozyskiwania (badania, wyliczania) tych parametrów. Wtedy przestaniemy tęsknić za normową metodą B. SUMMARY This is the second part of an article concerning the legal issues of geological and geotechnical research executed for road constructing.