Współczynnik Podatności Podłoża a Wilgotność: Definicja i Kontrola Zagęszczenia

Szczegóły: Opublikowano: 14. December 2025

Kontrola zagęszczenia podłoża jest jednym z kluczowych etapów prac ziemnych zarówno w budownictwie kubaturowym, jak i drogowym. To od prawidłowego zagęszczenia gruntu zależy nośność fundamentów, stateczność konstrukcji, trwałość nasypów, a także późniejsza eksploatacja obiektów. Niewystarczająco zagęszczony grunt może prowadzić do osiadania budynków, pękania posadzek, deformacji nawierzchni dróg, a w skrajnych przypadkach - nawet do poważnych awarii konstrukcyjnych. Dlatego kontrola zagęszczenia podłoża nie musi, lecz powinna być traktowana jako absolutnie obowiązkowy element realizacji inwestycji.

Sam proces zagęszczania wymaga zarówno odpowiednio dobranego sprzętu, jak i znajomości właściwości gruntu, natomiast sama kontrola polega na sprawdzeniu, czy zagęszczenie osiągnęło parametry określone w projekcie. W praktyce wykorzystywane są różne metody badawcze, które pozwalają ocenić, czy grunt spełnia wymagania normowe i projektowe.

Zrozumienie Kontroli Zagęszczenia Podłoża

Zrozumienie, na czym polega kontrola zagęszczenia podłoża, wymaga krótkiego wyjaśnienia, jak zachowuje się grunt podczas zagęszczania. Każdy grunt składa się z ziaren i przestrzeni międzyziarnowych, czyli porów. Zadaniem zagęszczania jest zmniejszenie ilości pustek powietrznych poprzez wprowadzenie energii mechanicznej. W efekcie cząstki gruntu układają się bliżej siebie, zwiększając gęstość oraz nośność podłoża. Efektywność tego procesu zależy od wilgotności gruntu, rodzaju maszyny zagęszczającej, liczby przejazdów oraz właściwości gruntowych.

Zbyt mokry grunt nie pozwala na prawidłowe zagęszczenie, ponieważ woda wypełnia pory i uniemożliwia przemieszczanie się ziaren. Zbyt suchy z kolei nie wykazuje odpowiedniej plastyczności i trudno go zagęścić. Dlatego jednym z kluczowych parametrów jest wilgotność optymalna, wyznaczana metodą Proctora, którą bada się w laboratorium lub w warunkach polowych. Wskaźnik zagęszczenia IS, będący stosunkiem gęstości objętościowej gruntu wbudowanego do maksymalnej gęstości objętościowej z próby Proctora, stanowi podstawową wartość oceny zagęszczenia.

Optymalna Wilgotność

W praktyce kontrola zagęszczenia gruntu polega na przeprowadzaniu odpowiednich badań geotechnicznych w trakcie realizacji robót ziemnych lub po ich zakończeniu. Najbardziej klasyczną i uznawaną metodą jest badanie Proctora, które określa maksymalną gęstość gruntu oraz wilgotność optymalną. Wynik ten jest następnie porównywany z zagęszczeniem osiągniętym na budowie. Badanie Proctora można wykonać metodą normalną lub zmodyfikowaną, z różnymi poziomami energii ubijania.

Przeczytaj także: Norma PN-EN dla wilgotności jastrychu

Na podstawie otrzymanej krzywej wilgotności i gęstości możliwe jest ustalenie, czy grunt został zagęszczony prawidłowo, a także jakie warunki wilgotnościowe są niezbędne do kontynuowania prac. W wielu projektach infrastrukturalnych lub kubaturowych minimalny wskaźnik zagęszczenia wynosi 0,97 lub 1,00, w zależności od rodzaju budowli i wymaganych parametrów.

Podatność na Odkształcenia

Jednak samo badanie Proctora nie wystarczy - konieczne jest także sprawdzenie zagęszczenia w warunkach rzeczywistych. Do tego celu wykorzystuje się między innymi metodę izotopową, płyty statyczne i dynamiczne, sondowania oraz badania gęstości objętościowej gruntu w polu. Jedną z najczęściej stosowanych metod jest badanie płytą VSS, które polega na przykładaniu obciążenia do gruntu za pomocą stalowej płyty o średnicy 300 mm i mierzeniu jego odkształceń.

W wyniku badania otrzymuje się moduł odkształcenia E1 oraz E2, które pozwalają ocenić nośność podłoża. Im większy stosunek E2/E1, tym lepsze zagęszczenie gruntu oraz mniejsza podatność na odkształcenia. Parametry te są kluczowe w budownictwie drogowym, szczególnie przy budowie podbudów i warstw konstrukcyjnych nawierzchni.

Płyta Dynamiczna

Alternatywą dla płyty statycznej jest płyta dynamiczna, która jest szybsza, mobilna i pozwala na wykonywanie badań bez konieczności stosowania ciężkiego sprzętu obciążającego. Płyta dynamiczna opiera się na uderzeniu masy spadającej na płytę pomiarową, co wywołuje krótkotrwałe obciążenie dynamiczne. Na podstawie pomiaru odkształceń obliczany jest dynamiczny moduł odkształcenia Evd. Choć metoda ta nie zastępuje w pełni płyty VSS, jest bardzo przydatna przy kontroli bieżących prac, szczególnie tam, gdzie konieczna jest szybka ocena jakości zagęszczenia.

Płyta dynamiczna jest powszechnie stosowana w budownictwie drogowym, przy pracach instalacyjnych, a także w wykopach pod fundamenty, gdzie kontrola zagęszczenia jest szczególnie ważna.

Przeczytaj także: Wilgotność podłoża: kamienny dywan

Głębsze Warstwy Podłoża

Inną metodą kontroli zagęszczenia są sondowania, w tym sondowania dynamiczne typu DPL, DPM lub DPH. Polegają one na wbijaniu stożka w grunt za pomocą standaryzowanej energii uderzeń i liczeniu liczby uderzeń potrzebnych do zagłębienia stożka o określoną głębokość. Na tej podstawie można ocenić stopień zagęszczenia warstw gruntu oraz wykryć ewentualne niejednorodności.

Sondowania są niezwykle przydatne w sytuacjach, gdy kontrola musi objąć głębsze warstwy podłoża lub gdy zachodzi podejrzenie, że dolne partie nasypu zostały zagęszczone niewystarczająco. W przeciwieństwie do płytowych metod powierzchniowych sondowania pozwalają ocenić rzeczywistą strukturę gruntu na całej wysokości nasypu lub wykopu.

Zdolność do Szybkiej Reakcji

W praktyce najważniejszą częścią kontroli zagęszczenia jest odpowiednia interpretacja wyników. Nawet poprawnie przeprowadzone badanie nie ma wartości, jeżeli wyniki nie są analizowane w kontekście rodzaju gruntu, jego wilgotności oraz warunków panujących na budowie. Kluczowe znaczenie ma również zdolność do szybkiej reakcji - jeśli kontrola wykaże, że zagęszczenie jest niewystarczające, konieczne jest ponowne zagęszczanie, poprawa warunków wilgotnościowych lub zmiana technologii.

Niestety, wiele usterek budowlanych wynika z pominięcia kontroli zagęszczenia lub zbagatelizowania pierwszych sygnałów wskazujących na niedostateczne parametry. Przykłady z praktyki pokazują, że osiadające chodniki, pękające posadzki, deformacje dróg czy zapadliska w rejonie przyłączy wodociągowych to najczęściej efekt nieprawidłowo zagęszczonego gruntu.

Dokumentacja Badań

Niezwykle istotnym elementem procesu jest dokumentacja badań. Wszystkie przeprowadzone pomiary, protokoły z badań płytą VSS lub dynamiczną, wyniki sondowań oraz raporty z badań Proctora muszą być przechowywane i w razie potrzeby udostępniane inwestorowi oraz nadzorowi budowlanemu. Dokumentacja ta jest nie tylko dowodem prawidłowości wykonania prac, ale również elementem archiwum inwestycji, które może być analizowane w przyszłości w przypadku ewentualnych problemów eksploatacyjnych.

Przeczytaj także: Wymagania wilgotnościowe malin

Kontrola zagęszczenia podłoża to nie tylko formalny obowiązek, ale przede wszystkim narzędzie zapewniające bezpieczeństwo i trwałość konstrukcji. Poprawnie przeprowadzone badania pozwalają uniknąć kosztownych napraw i ryzyka awarii, a także dają pewność, że podłoże, na którym powstaje obiekt, spełnia wszystkie wymagania techniczne. Wraz z rosnącą świadomością inwestorów i wykonawców rośnie także znaczenie profesjonalnej kontroli zagęszczenia, a nowoczesne technologie pomiarowe sprawiają, że monitoring jakości podłoża staje się coraz bardziej precyzyjny i efektywny.

Właściwości Wodne Gleby

Właściwości wodne gleb najczęściej charakteryzują trzy wskaźniki: polowa pojemność wodna (PPW), wilgotność trwałego więdnięcia roślin (WTW) oraz woda ogólnie dostępna (WOD). Polowa pojemność wodna jest to ilość wody jaką gleba może zatrzymać po swobodnym odcieknięciu wód grawitacyjnych. Wilgotność trwałego więdnięcia (WTW) oznacza wilgotność gleby, przy której woda jest utrzymywana w glebie z siłami przewyższającymi siłę ssącą korzeni, co powoduje jej niedostępność dla roślin i trwałe ich więdnięcie. Woda ogólnie dostępna dla roślin (WOD) stanowi różnicę pomiędzy polową pojemnością wodną (PPW) a wilgotnością trwałego więdnięcia roślin. Zawartość wody w glebie zależnie od składu granulometrycznego przedstawiono w tabeli 1.

Generalnie przyjmuje się, że optymalne warunki wilgotnościowe dla wzrostu i rozwoju roślin stwarza uwilgotnienie gleby na poziomie 60-80% polowej pojemności wodnej. Wówczas ilość powietrza glebowego nie ogranicza wzrostu i funkcjonowania systemu korzeniowego, zaś woda jest łatwo dostępna dla roślin. Spadek uwilgotnienia gleby do poziomu 30-40% PPW zaburza już wzrost roślin, gdyż w upalne dni może dochodzić do okresowego więdnięcia liści, co ogranicza intensywność procesów życiowych i prowadzi do redukcji plonu.

Podstawowym źródłem wody dla roślin uprawy polowej są opady atmosferyczne, których ilość w skali kraju jest znacznie zróżnicowana. Przeciętnie średnia norma opadów w naszym kraju wynosi około 550-600 mm, i waha się od 500-550 mm w części środkowej - Wielkopolska i Kujawy do 600-650 mm na północy i południu kraju oraz ponad 1000 mm w górach.

Cechą charakterystyczną klimatu w Polsce jest duża zmienność opadów i temperatury powodowana ścieraniem się na naszym terytorium mas powietrza oceanicznego i kontynentalnego.

Potrzeby wodne roślin wyraża się za pośrednictwem współczynnika transpiracji, który określa ilość zużytej (wytranspirowanej) wody w kilogramach lub litrach w przeliczeniu na 1 kilogram przyrostu suchej masy roślin. Współczynniki transpiracji naszych roślin uprawnych mieszczą się w szerokim przedziale, bo od około 200-350 (roślin C4 - proso, sorgo i kukurydza) poprzez 500-600 dla zbóż oraz do ponad 700 l wody na 1 kg suchej masy dla lucerny albo lnu.

Okres ten jest określany jako faza krytycznej wrażliwości, w której niedobór wilgoci powoduje największe obniżki plonu. Okres krytyczny dla ziemniaka zaczyna się od fazy kwitnienia (okres zawiązywania bulw) i trwa do początku żółknięcia roślin. Burak cukrowy jest najbardziej wrażliwy na niedobór opadów w okresie szybkiego grubienia korzenia, czyli około 60 dni po zwarciu łanu, zaś rośliny bobowate grubonasienne - w okresie kwitnienia do zawiązywania strąków i wypełniania nasion. Największe zapotrzebowanie na wodę w rzepaku ozimym występuje w okresie od kwitnienia do początku wiązania łuszczyn.

Potrzeby wodne roślin zależą od ich cech genetycznych, rodzaju, gatunku i odmiany. W Polsce potrzeby wodne roślin od siewu do zbioru są często znacznie większe od opadów i dlatego opady atmosferyczne w głównej mierze decydują o poziomie plonów.

Na stosunki wodne gleb można oddziaływać w pewnym zakresie między innymi przez: magazynowanie wód wiosennych poprzez odpowiednie zabiegi agrotechniczne (np. orka zimowa), zwiększenie retencji wodnej w wyniku poprawy ich struktury, wzrost zawartości próchnicy i substancji ilastych, nawadnianie lub deszczowanie.

Współczynnik Sprężystości Podłoża Winklera

We współczesnych analizach konstrukcyjnych podatność podłoża uwzględniana jest przez wprowadzenie liniowego i obrotowego współczynnika sprężystości podpór. W przypadku podpór posadowionych na gruncie (fundamentów) wymagana jest znajomość współczynnika sprężystości podłoża Ks (indeks s od soil - ang grunt), czyli współczynnika sprężystości podłoża Winklera. Poprawne wyznaczenie tego współczynnika jest zadaniem trudnym ze względu na znaczną zmienność parametrów gruntów, a w szczególności ich zagęszczenia.

Stopień zgęszczenia podłoża istotnie wpływa na zmianę podatności podłoża i w rezultacie na wytrzymałość i stateczność konstrukcji.

Moduł Younga i Edometryczny Moduł Ściśliwości

Definicję modułu Younga (modułu sprężystości) opisuje formuła (1). Moduł Younga jest wyznaczany w warunkach jednoosiowego stanu naprężenia. Moduł Younga jest współczynnikiem proporcjonalności w klasycznym prawie Hooka.

Pobieranie próbek do badania modułu Younga gruntu z definicji (1) jest trudne. Dlatego najczęściej stosuje się oznaczanie in situ, w tym sondowanie CPT, SPT, pomiary dylatometrem DMT lub sondą obrotową VST i innymi. Moduł Younga E może być oszacowany z badań CPT jako efektywny moduł E’.

Definicję modułu edometrycznego podobnie jak modułu Yonga też opisuje formuła (1), ale moduł ściśliwości edometrycznej jest mierzony w warunkach jednoosiowego stanu odkształcenia poprzez ograniczenie odkształceń bocznych przez cylinder edometru- urządzenia w którym jest mierzony edometru (stąd nazwa moduł „edometryczny’).

Znając E i M można z tej zależności wyznaczyć ν, ale częściej z modułu edometrycznego M wyznacza się moduł Younga E dla znanego współczynnika Poissona gruntu ν. Powyższe podejście wynikające z analiz 1-D można zastosować do wszystkich gruntów i jest ogólniejsze od wyznaczania αE z rys.

Współczynnik Poissona ν jest stosunek odkształcenia poprzecznego do odkształcenia podłużnego w próbie jednoosiowego ściskania. Szacunkowe wartości modułu wspólczynnika Poissona ν dla dużej klasy gruntów podano w tab.2, tab.3 oraz w tab. Szacunkowe parametry gruntów sypkich i spoistych w różnym stanie zestawione w tab. 2 oraz tab. 3 .

Moduł $E_0$ i $M_0$ w relacji (3) są modułami odpowiednimi dla obciążeń pierwotnych. Przy powtórnym obliczeniu gruntu odpowiednie moduły E i M należy wyznaczyć w zależności od wskaźnika skonsolidowania β wg tab.

Zagęszczenie Gruntu

Zagęszczenie gruntu w sensie ścisłym może dotyczyć gruntów sypkich (żwirów piasków itd. ), wśród których rozróżnia się stany od od luźnego do bardzo zagęszczonego. Wskaźnik zagęszczenia $I_s$ jest parametrem zagęszczenia gruntu uformowanego (nasypanego i ew. zagęszczonego) przez człowieka. Wskaźnik zagęszczenia $I_s$ można oznaczać zarówno dla gruntów sypkich jak i spoistych. Istnieje silna korelacja pomiędzy stopniem $I_D$ i wskaźnikiem zagęszczenia $I_S$. Zależności korelacyjne $I_D \to I_s$ wg różnych autorów podano w tab.

Miarą konsystencji gruntów spoistych jest wskaźnik konsystencji $I_c$ zgodnie z tab. Uwaga wskaźnik konsystencji $I_c=1-I_L$ gruntu spoistego (tab.

W niniejszym artykule stosuje się oznaczenia i klasyfikację gruntów zgodnie z normami [13] , [18], [19] oraz klasyfikacji rodzajów gruntu Robertsona (2010) (Robertson, P.K., (2010), Soil behaviour type from the CPT: an update. 2nd International Symposium on one Penetration Testing, CPT’10, Huntington Beach, CA, USA)).

Wymogi Zagęszczenia Gruntów

W tab. 8 zaczerpniętej z Katalogu [23] podano wymagania dotyczące parkingów, placów i dróg manewrowych, które nieodłącznie występują wokół obiektu kubaturowego.

Fundamenty konstrukcji odpowiedzialnych i silnie obciążonych należy projektować co najmniej na kategorię KR4 , tzn. Parkingi dla samochodów osobowych ze sporadycznym parkowaniem samochodów ciężarowych należy projektować na kategorię KR2.

Dla ustalonej zastępczej kategorii KR z rys. 6 (lub rys. Warstwa górna (spąg) warstwy nośnej gruntu rodzimego (na rys. 5 warstwy oznaczonej kolorem żółtym) jest jednocześnie spodem konstrukcji.

Spodem konstrukcji nawierzchni jest spód jej najniższej warstwy, spoczywającej na podłożu gruntowym nawierzchni lub na warstwie ulepszonego podłoża. Poziomem niwelety robót ziemnych jest: poziom górnej powierzchni gruntu nasypowego w nasypie, lub poziom górnej powierzchni gruntu rodzimego w wykopie, lub poziom górnej powierzchni warstwy ulepszonego podłoża, o ile taka warstwa występuje.

Wymagania zagęszczenia dla dróg w wykopie podano na rys. 6 i w tab. 9, a dla dróg w nasypie na rys. 7 i w tab.

Jako zastępcze kryterium oceny wymaganego zagęszczenia gruntów, dla których trudne jest pomierzenie wskaźnika odkształcenia $I_s$ , przyjmuje się wartość wskaźnika odkształcenia $I_0$ równego stosunkowi modułów odkształcenia wtórnego $E_2$ do pierwotnego $E_1$.

Badania Polowe Gruntu

Do oceny podłoża gruntowego w trakcie budowy najbardziej użyteczne są badania polowe, które z kolei mogą być wykonane sondami dynamicznymi ( SPT, DP (DPL,DPM,DPH,DPSH) i in. ) lub statycznymi (CPT/CPTU, DMT,PMT, FVT, WST, PLT i in.). polegają na oznaczeniu tych cech na próbkach pobranych z warstwy gruntu bez naruszenia jej struktury (czyli próbek kategorii A -najwyższej wg PN-EN ISO 22475-1 [28] oraz wg PN-B-04452 [29].

Próbki kategorii A to próbki pobierane bez naruszania struktury gruntu z zachowaną wilgotnością i porowatością, co realizuje się poprzez pobraniu próbki cylindrem o znanej objętości i przeniesieniu jej do laboratorium, gdzie oznacza się masę oraz wilgotność.

Metoda laboratoryjna jest pracochłonna i wymaga pobrania jakościowo dobrych próbek materiału o nienaruszonej strukturze i wilgotności. W gruntach sypkich zwykle nie można uzyskać nienaruszonej próbki do badań laboratoryjnych [30]. Metody polowe (in situ) są najczęściej stosowanymi w budownictwie metodami badania zagęszczenia gruntu.

Sondowania gruntu są penetracją podłoża gruntowego przy użyciu różnych końcówek zagłębianych przez wbijanie, wciskanie lub wkręcanie, z jednoczesnym określaniem oporów występujących przy ich pogrążaniu. W tab. 12 zestawiono za pracą Jermołowicz (2019 ) [31] najczęściej stosowane techniki badań in situ i ich przydatność do badań stanu zagęszczenia.

Wysoką skuteczność do badania zagęszczenia gruntu mają metody: FWD/LWD; CPT ze stożkiem elektryczny,; CPTU; SPTU oraz RCPTU. Sondowanie statyczne CPT/CPTU to podstawowy typ badań polowych gruntu na terenie Europy. Praktycznie zupełnie wyparł klasyczne odwierty geotechniczne.

Badanie polega na wciskaniu w grunt stożka elektrycznego z systemem czujników rejestrujących parametry gruntu „in situ”( w stanie pierwotnym) w sposób ciągły. Sondowanie statyczne CPTU to jedna z najnowocześniejszych metod badania gruntu na świecie. Pozwala ona bardzo precyzyjnie określić parametry gruntów. Badania nie posiada ograniczeń ze strony rodzaju badanego gruntu.

Sondowania można wykonywać w gruntach sypkich, spoistych, organicznych oraz nasypowych, dzięki czemu jest uniwersalnym rodzajem badania gruntu [32].

Sonda CPT oraz CPTU różni się od siebie rodzajem wykorzystywanego stożka pomiarowego. Sondowanie CPTU pozwala na pomiar ciśnienia porowego gruntu. Podczas sondowania statycznego CPT/CPTU rejestrowane są (rys. głębokość, prędkość penetracji oraz inklinację ( odchylenie sondy od pionu).

Tarcie na pobocznicy $f_s$ jest tak skalibrowane, że daje pomiar wytrzymałość gruntu na ścinanie przekształconego $s_{u(r)}$. Stopień plastyczności $I_L$ gruntu spoistego określa jego konsystencję zgodnie z tab.

W tab. 14 przedstawiono klasyfikację norm amerykańskich.

tags: #współczynnik #podatności #podłoża #wilgotność #definicja