Co to jest projekt geotechniczny i co zawiera?

Projekt geotechniczny to podstawa każdej dużej inwestycji. To dzięki niemu inżynierowie wiedzą na czym dokładnie będą budować nowy budynek i czego mogą spodziewać się po leżących pod nim gruntach. Specjaliści od ziemi przedstawiają w nim swoje zalecenia co do tego, jak okiełznać dany teren, aby budowa nowej inwestycji była bezpieczna nie tylko dla jej przyszłych użytkowników, ale także dla ekip budowlanych, które będą przy niej pracowały. Ale zacznijmy od początku.

Geologowie i geotechnicy

Zanim powstanie jakikolwiek projekt budynku, inżynierowie i architekci muszą doskonale wiedzieć, na jakim terenie będą pracować. Inne są technologie stawiania ciężkich drapaczy chmur na terenie piaszczystym, a inne na skale. Aby ustalić jakie grunty znajdują się na danym terenie niezbędne jest wykonanie serii specjalistycznych badań. Geologowie robią specjalne odwierty na działce, aby sprawdzić, co znajduje się pod nią. Dzięki nim mogą wydać pierwsze opinie o układzie gruntów. Określają oni między innymi to, gdzie na działce znajdują się warstwy wodonośne i jak są obfite. Jeśli trzeba, wykonują badania laboratoryjne tych wód. Dzięki tym badaniom geologowie mogą wydać pierwsze zalecenia tego, jak głęboko powinny być wybudowane fundamenty budynku lub jak będzie trzeba zabezpieczać budowę poniżej poziomu gruntu przed zalaniem. Następnie wykonuje się bardziej skomplikowane badania różnego typu sondami. Dokładnie określa się właściwości geofizyczne gruntów, a w razie potrzeby przeprowadza kolejne badania laboratoryjne.

Projekt i dokumentacja

Dopiero po przeprowadzeniu wszystkich badań powstaje projekt geotechniczny. W nim geotechnicy prognozują między innymi to, jak będzie zachowywała się ziemia pod budynkiem. Biorą pod uwagę zmiany gruntów zachodzące w czasie, w tym ich osiadanie i wpływ na nośność. Geotechnicy również zalecają metody i technologie wykonania trudniejszych prac ziemnych. Projekt może być częścią  finalnej dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, która informuje co i kiedy będzie wykonywane w terenie.

Po co robi się zabezpieczenie wykopu?

Budowa głębokich fundamentów wielkich drapaczy chmur, podziemnych parkingów czy piwnic czasami jest wbrew pozorom o wiele bardziej skomplikowana, niż budowanie budynku „w górę”. Zdarza się, że grunty na których ma powstać budowla są kapryśne i gdyby nie najnowsze technologie, w ogóle nie nadawałyby się pod zabudowę. Czasami przed rozpoczęciem budowy niezbędne jest odpowiednie okiełznanie gruntu, a do tego celu z kolei zabezpieczenie wykopu, by ekipom inżynierów nic nie zagrażało podczas pracy.

Przed czym zabezpiecza się wykop?

Osobom spoza branży wydaje się, że zabezpieczenie wykopu to tylko metalowe ścianki wokół placu budowy, które zapobiegają wtargnięciu na nią przypadkowych osób i powstrzymują je od wpadnięcia do wykopu. Jednak prawdziwe zabezpieczenie wykopu to całe systemy rozwiązań, które pozwalają ekipom na bezpieczne badania i pracę w nim. Przykładem zabezpieczenia może być ścianka berlińska, która powstrzymuje ziemię wokół wykopu przed osuwaniem się. Ścianka to system pali wbijanych lub wwiercanych przy ścianach wykopu, pomiędzy które wsadza się tzw. opinkę. Całość sprawia, że wykop nie zmienia swoich kształtów, a osobom w nim pracującym nie zagraża osuwająca się ziemia. Czasami zdarza się, że wykop zrobiony jest na gruntach, gdzie znajduje się wiele obfitych warstw wodonośnych. Wtedy należy zabezpieczyć go przed zalaniem. Do tego celu używa się całych systemów pomp i drenaży, które odprowadzają wodę z terenu budowy.

Prace geotechniczne

Solidne zabezpieczenie wykopu jest szczególnie ważne podczas skomplikowanych prac geotechnicznych, w których nie raz używa się ciężkiego sprzętu. Przy wielu inwestycjach ziemię wokół fundamentów należy wzmocnić iniekcją cementacyjną lub specjalnymi kotwami. Aby maszyny i ludzie mogli komfortowo i bezpiecznie pracować, wykop musi przypominać zwykły plac budowy, na który łatwo można się dostać. Bez zabezpieczeń, przy osuwającej się ziemi lub wlewającej się do środka wodzie, prace byłyby niemożliwe.

Bezpieczeństwo budynku. Roboty palowe

Posadowienie budynku nie zawsze jest prostym zadaniem, nawet dla doświadczonych inżynierów. Zdarza się bowiem, że grunty w danym miejscu są wyjątkowo trudne do zabudowy. Ziemia może być grząska lub wilgotna i nie dałaby ona budowli odpowiedniego oparcia. Dlatego też, aby zadbać o bezpieczeństwo budynku i jego użytkowników, przed budową wykonuje się zaawansowane badania geologiczne.

Badania gruntu

Geologowie sprawdzają grunty pod zabudowę nie tylko w terenie, ale również pobierając próbki do analizy w laboratorium. Dzięki temu mogą dokładnie określić, jak wyglądają warstwy gruntu w miejscu budowy, z czego dokładnie się składają, ile pojawia się w nich warstw wodonośnych, a także analizować, jak grunt będzie „współpracował” z postawionym na nim budynkiem. Czasami sporządzenie dokumentacji trwa kilka miesięcy, ale dzięki rzetelnym badaniom geotechnicy będą wiedzieli, jak stworzyć fundamenty budynku, by nie doszło do tragedii. Oczywiście im większa i trudniejsza do zbudowania inwestycja, tym bardziej obszerne i długotrwałe są badania.

Niezawodne pale

Trudne grunty wymagają specjalnych technik budowy. Na niezbyt stabilnych gruntach najczęściej wykonuje się roboty palowe. Na czym one polegają? Palowanie to nic innego jak osadzanie w gruncie stałych pali, które osada się w bardzo głęboko ukrytej warstwie nośnej. To one przejmują ciężar budynku, w związku z czym nie ma zagrożenia, że zawali się on, gdy wierzchnie warstwy (np. piasek czy muł) będą się obsypywały od działania wiatru czy wody. Na palach powstały najbardziej znane drapacze chmur w Dubaju, który de facto jest pustynią. Jest wiele metod osadzania pali. Można je między innymi wwiercać i wbijać, czasami dodatkowo umacnia się jeszcze betonem. Wybór technologii zależy od rodzaju gruntu i projektu stawianego budynku. Palowanie pozwala na budowanie na trudnych gruntach. To oczywiście nie jedyna z metod geotechników na przygotowanie gruntu pod budowę. Czasami niezbędne jest również kotwienie, jet-grounding, czy iniekcje cementacyjne.

Badania gruntu a szambo z drenażem

Na działkach do których nie dociera kanalizacja miejska, właściciele domów skazani są na korzystanie z szamba lub budowę przydomowej oczyszczalni ścieków. Klasyczne szamba betonowe powoli odchodzą do lamusa. Uszczelnienie między kręgami szybko niszczeje i ścieki przedostają się do ziemi. Wśród właścicieli domów coraz popularniejsze jest instalowanie szamb z drenażem, lub przydomowych oczyszczalni ścieków. Jednak zanim właściciel domu zdecyduje się na takie nowoczesne rozwiązanie, powinien zlecić dokładne badania podłoża gruntowego. Dlaczego są on takie ważne?

Drenaż

Przede wszystkim należy zrozumieć, jak działa szambo z drenażem czy przydomowa oczyszczalnia ścieków. Chociaż oba rozwiązania różnią się od siebie nieco sposobem działania, mają na celu ekologiczne przetworzenie ścieków tak, by stały się neutralnym dla środowiska płynem przypominającym wodę. Płyn, dzięki rozprowadzonemu w gruncie drenażowi sączy się do ziemi. To rozwiązanie jest dobra dla środowiska i ekonomiczne dla właściciela domu. Obecnie na rynku można zakupić przeróżne modele szamb i oczyszczalni, w tym nawet takie dla domów wielorodzinnych.

Badania gruntu

Zanim zapadnie decyzja o instalacji szamba lub przydomowej oczyszczalni ścieków z drenażem, należy wykonać rzetelne badania gruntu. Może bowiem okazać się, że na danej działce wody gruntowe są obfite, a warstwy gruntu mają słabą przepuszczalność. Nawet, jeśli działka nie jest przez nie zalewana podczas obfitego deszczu może okazać się, że dodatkowa ilość płynu pochodzącego z drenażu będzie to robiła. Czasami okazuje się, że grunt świetnie poradziłby sobie z jedną przydomową oczyszczalnią, ale nie wchłonie takiej ilości płynu, jaką wytwarza kilka oczyszczalni założonych po sąsiedzku. Jeśli zatem badania geologiczne wykażą, że dana działka może być podatna na zalania, właściciel posesji powinien zdecydować się na inny sposób odprowadzania ścieków, by uniknąć potencjalnych zalań, zniszczeń i kosztów lub dobrze przemyśleć budowę drenażu. W przypadku budowy przydomowej oczyszczalni ścieków wymagana jest zgoda ze starostwa, a to z kolei żąda przedłożenia dokumentacji geologicznej.

Czy da się wzmocnić fundamenty budynku?

Fundamenty są najważniejszą częścią budynku. To na nich rozkłada się ciężar wszystkich elementów i to one utrzymują dom na nie raz pracującym gruncie. Jednak czasami podczas remontu lub prac budowlanych koło danego budynku okazuje się, że nadgryzł je ząb czasu lub jakieś uszkodzenie mechaniczne i wymagają one poprawy. Profesjonalne wzmocnienie fundamentów stojącego budynku to bardzo zaawansowany proces budowlany wymagający specjalistycznego nadzoru. Kiedy fundamenty trzeba wzmocnić?

Przyczyny niszczenia fundamentów

Przyczyn niszczenia fundamentów może być bardzo wiele, jednak przyjrzyjmy się tym najczęściej spotykanym. Bardzo często powodem może być woda, która ścieka z dachu budynku. Jeśli nie ma on odpowiedniego systemu rynnowego, woda ścieka przy samych ścianach i podmywa fundamenty. Może to powodować poważne uszczerbki w nich i wymaga ich solidnego wzmocnienia. Czasami fundamenty osłabiają się ponieważ niedaleko stawiany jest nowy budynek. Jeśli grunt, na którym stoi budynek zostanie naruszony, fundamenty również ulegną osłabieniu. Czasami fundamenty wzmacnia się ze względu na planowaną rozbudowę domu. Jeśli planowane jest dobudowanie dodatkowej kondygnacji, fundamenty należy odpowiednio wzmocnić, by utrzymały nową bryłę budynku. Należy również zająć się nimi w wypadku pogłębiania piwnic.

Czy da się uniknąć wzmacniania fundamentów?

Absolutnie nie powinno się unikać wzmacniania, jeśli zaistnieje taka potrzeba. Solidne fundamenty dają gwarancję, że dom nie zawali się. Źle wykonane fundamenty skutkują „pracą” całego budynku. Pracują wtedy ściany i stropy, a budynek staje się niebezpieczny. O tym jak ważne jest wzmacniane fundamentów może świadczyć fakt, że nawet doświadczone ekipy poświęcają temu zadaniu odpowiednio dużo czasu, wykonując kolejne prace etapami, aby wszystko udało się idealnie. Każdy etap jest dokładnie nadzorowany przez kierownika budowy lub inspektora nadzoru. Wzmacnianie fundamentów to bardzo niebezpieczna i skomplikowana praca.

Od projektu do gotowego wieżowca

Osobom, które nigdy nie miały do czynienia z budowaniem chociażby domu jednorodzinnego często wydaje się, że poza budową garaży w nowoczesnym wieżowcu, prace budowlane wykonuje się tylko nad powierzchnią gruntu. Nic bardziej mylnego. Zanim w centrum miasta powstanie ogromny drapacz chmur, przez długi czas najpierw znajduje się w tym miejscu „dziura w ziemi”, w której jednak wykonywane są bardzo skomplikowane specjalistyczne roboty budowlane.

Projekty

Postawienie ogromnego budynku wymaga bardzo dużej ilości badan gruntu. Geologowie i geotechnicy współpracują miesiącami aby ustalić, czy na danym terenie bezpiecznie jest postawić ogromny drapacz chmur. Prowadzone są szeregi badań poprzez odwierty w ziemi, aż po rozsyłanie próbek ziemi do laboratoriów. Geotechnicy wydają opinie na temat gruntu w danym miejscu.  Zalecają fachowe metody posadowienia budynku i ustabilizowania gruntu pod nim. Biorą pod uwagę posadowienie budynku na palach i rozpatrują możliwości zabezpieczenia osuwisk czy skarp. Specjaliści w swoim projekcie przedstawiają także analizy ryzyka geotechnicznego na każdym etapie inwestycji. Dopiero gdy grunt jest dokładnie przebadany i rozpatrzone są różne możliwości budowy, wybiera się tę najbezpieczniejszą i zaczyna prace.

Pierwsze dni na budowie

Już samo przygotowanie „dziury w ziemi” do rozpoczęcia budowy wymaga specjalistycznej wiedzy i nowoczesnych rozwiązań. Przede wszystkim ściany wykopu należy zabezpieczyć, aby nie  obsypywały się do środka. Do tego celu przy ścianach stawia się ściankę berlińską. Jeśli w danym miejscu wody gruntowe położne są wysoko, teren należy odwodnić i osuszyć, aby woda nie zalewała placu budowy. Jeśli budynek ma być posadowiony na palach, należy najpierw solidnie umieścić je w ziemi. W razie potrzeby wykonuje się jeszcze szereg innych prac w gruncie, i dopiero wtedy ekipa budowlana może rozpocząć właściwą budowę „od fundamentów”, a „dziura w ziemi” dla zwykłego przechodnia zaczyna powoli stawać się wieżowcem.

Studnia głębinowa a badania geologiczne

Jeśli planujemy na swojej nowo zakupionej działce wiercić studnię głębinową, niezbędne będzie zlecenie wykonania rzetelnych badań gruntu. Badania geologiczne przydadzą się również w przypadku planowania innych inwestycji, takich jak przydomowa oczyszczalnia ścieków czy pompa ciepła. Generalnie są dobrym pomysłem. Gdy poznamy ziemię,  na której ma stanąć nas nowy dom, będziemy wiedzieli, czego możemy się po niej spodziewać. Dzięki temu będziemy mogli skorygować projekt domu, np. zrezygnujemy z podpiwniczeń w wypadku bardzo wysokich wód gruntowych.

Szukanie wody

Do wybudowania studni głębinowej potrzebne są warstwy wodonośne w ziemi. Nie są one równomiernie rozłożone na całej działce. Dlatego też rzetelne badania geologiczne pomogą nam ustalić, gdzie dokładnie znajduje się najbliższa warstwa i jak bardzo jest ona wydajna. Badania pomogą również zaoszczędzić na budowie całej inwestycji. Wiercenie studni nie jest drogą sprawą, jeśli wiemy gdzie znajduje się najbardziej dostępna warstwa wodonośna. Gdy zaczniemy to robić „na oślep”, ryzykujemy, że nie trafimy w warstwę, lub będzie ona ukryta bardzo głęboko – co stanowczo podwyższa koszty odwiertu. Nawet, gdy uda się dowiercić do wody, po zainstalowaniu studni może okazać się, że warstwa była mało wydajna i wyczerpała się w miesiąc po użytkowaniu studni.

Budowa studni

Gdy już ustalimy, gdzie dokładnie znajduje się woda, ekipa może zrobić odwiert i zainstalować pompy i rury od studni. Możemy prosić o oddzielny kran z wodą głębinową, ale możemy też zażyczyć sobie połączenia instalacji z wodą miejską. Wody mieszają się w specjalnym zbiorniku, ale w sposób kontrolowany. Chodzi o to, aby w wypadku zakażenia lub zamulenia wody gruntowej po prostu odciąć ją, nie blokując sobie równocześnie dostępu do zwykłej wody. Osoby posiadające studnie głębinowe muszą pamiętać, ze warstwy wodonośne mogą być kapryśne i czasami woda wyczerpuje się. Wtedy trzeba będzie wykonać kolejne odwierty. Mimo to inwestycja opłaca się, zwłaszcza w wypadku miejsc, gdzie zdarzają się braki w dostawie wody.

Dubaj. Perełka nowoczesnej architektury

Dubaj jest ewenementem na skalę światową. To miasto powstało na pustyni w kilkadziesiąt lat. Ogrom jego drapaczy chmur przytłacza nawet obeznanych z tematem Nowojorczyków. Ludzie z całego świata przylatują tu tylko po to, aby obejrzeć na własne oczy najnowocześniejsze budynki, jakich nie ma nigdzie indziej. Jakim cudem udało się wybudować bezpieczną metropolię piasku pustyni?

Potęga badań geologicznych

Dubaj jest między innymi wynikiem współpracy geologów, geotechników, architektów i inżynierów z całego świata. Aby móc rozpocząć budowę pierwszych drapaczy chmur niezbędne były bardzo dokładne prace geologiczne. Naukowcy z różnych krajów przyjeżdżali na pustynię robić różnego rodzaju odwierty i wykonywać badania, dzięki którym mogli dokładnie zapoznać się z ułożeniem warstw ziemi i nośnościami każdej z nich. Pobrane przez nich próbki gruntu rozsyłane były po laboratoriach geologicznych na całym świecie. Przechodziły tam wiele różnych testów, niektóre trwały nawet kilka lat. Dopiero gdy powstała obszerna dokumentacja geologiczna, geotechnicy i architekci mogli zaproponować rozwiązania pozwalające okiełznać sypki piasek pustynny. Dzięki pomysłowi polegającemu na posadowieniu budynku na palach, budowanie stabilnych i bezpiecznych konstrukcji w takim miejscu stało się możliwe.

Pale

Roboty palowe sprawiły, że budowa najwyższych wieżowców ruszyła pełną parą. Na czym one polegają? W ziemię wwierca się specjalne pale, które osadza się aż w głęboko ukrytej warstwie nośnej. Jest wiele metod budowania na palach. Mogą mieć różne grubości, czasami wzmacnia się je pompując wokół nich beton. Dopiero na konstrukcji z pali stawia się fundamenty nowego budynku. Dzięki takiemu rozwiązaniu wszystkie obciążenia przechodzą na pale, a sypki piasek będący na powierzchni nie ma wpływu na osadzenie i stabilność budynku. Tą metodą wybudowano między innymi słynny Burj Khalifa – najwyższy budynek na świecie. Badania geologiczne przed jego postawieniem trwały kilka lat.

Czy ziemię da się okiełznać?

Aby budowa nowej inwestycji lub zwykłego domu rodzinnego nie przyniosła nieplanowanych problemów, przed jej rozpoczęciem powinno się zlecić szczegółowe badania geologiczne. Wiedząc, jakie dokładnie warstwy ziemi znajdują się pod nami, możemy zawczasu zaplanować techniki budowlane, jakich zamierzamy użyć, a także przedyskutować z architektem projekt domu i nanieść na niego poprawki. Jak powinna wyglądać cała procedura?

Najpierw badania

Przede wszystkim należy zlecić specjalistycznej firmie dokładne badania naszej działki. Geolog dokona na niej kilka odwiertów aby ustalić, gdzie znajdują się warstwy wodonośne, jaki rodzaj gruntów występuje pod terenem budowy, jaką ma on przepuszczalność i nośność. Geolog pobierze także kilka próbek ziemi, które trafią na badania laboratoryjne. Gdy ze wszystkich badań zostanie sporządzone szczegółowa dokumentacja, skorzystają z niej nie tylko architekt, ale również firmy usługowe, które będą wykonywały takie instalacje jak np. przydomowa oczyszczalnia ścieków czy studnia głębinowa.

Poprawki

Co się jednak dzieje, gdy grunty nie są najlepszej jakości, by posadowić na nich budynek? To nic strasznego. Potrzebne będą po prostu dodatkowe roboty geotechniczne. Współczesne rozwiązania pozwalają postawić budynek na pawie każdym gruncie. Tam, gdzie ziemia może się obsunąć, geotechnicy zainstalują specjalistyczne kotwy. Miejsca, w których są wysokie wody gruntowe da się odwodnić. Zarówno jednorazowo, aby postawić fundamenty, jak i poprowadzić drenaże i zabezpieczenia przeciwwilgociowe, aby z domu można było komfortowo korzystać. Osoby, które planują postawić dom na wyjątkowo sypkim gruncie, prawdopodobnie będą musiały zdecydować się na palowanie. Polega ono na wwiercaniu w ziemię pali, które docierają aż do warstwy nośnej ukrytej pod piaskiem. Dopiero na tak przygotowanej konstrukcji można rozpocząć budowę domu. Dobry geotechnik we współpracy ze sprytnym architektem potrafią wybudować solidny i bezpieczny dom bez względu na to, jakie warunki oferuje działka.

Co to jest ścianka berlińska?

Budowa współczesnych drapaczy chmur jest możliwa dzięki użyciu wielu nowoczesnych technologii. Niektóre z nich są banalne w swojej prostocie. Przykładem może być ścianka berlińska, która pozwala inżynierom na budowę głębokich parkingów podziemnych nawet na gruntach, gdzie ziemia się bardzo obsuwa. Aby zrozumieć sens jej działania, należy najpierw dowiedzieć się, czym są badana geologiczne przed rozpoczęciem budowy inwestycji. Zacznijmy więc od początku.

Badania gruntu

Aby postawić nowoczesny drapacz chmur, najpierw należy dokładnie dowiedzieć się wszystkiego o gruncie, na którym ma on powstać. W związku z tym przeprowadza się dokładne badania geologiczne i geotechniczne. Dzięki nim można ustalić, jakie warstwy ziemi znajdują się na działce, jak głęboko jest każda z nich, gdzie pomiędzy nimi znajdują się wody gruntowe i wiele innych rzeczy. Geologowie robią na działce specjalne odwierty i wpuszczają w nie sondy, ale także pobierają próbki ziemi, które są szczegółowo badane w laboratoriach. Po badaniach wydawana jest obszerna dokumentacja, na podstawie której architekci i inżynierowie mogą dobrać najbezpieczniejsze i najskuteczniejsze rozwiązania budowlane dla danego typu gruntu.

Problematyczne grunty

Gdy okazuje się, że ziemia w danym miejscu jest dość problematyczna do postanowienia budynku, geotechnicy mają swoje metody, by problem rozwiązać. W wypadku gdy wody gruntowe są bardzo wysokie, teren budowy będzie trzeba na bieżąco odwadniać, aby wykonanie fundamentów i podpiwniczeń było możliwe. Gdy ziemia zbytnio obsuwa się przy kopaniu, wtedy właśnie pomocna jest ścianka berlińska. To prosta konstrukcja. Dookoła wykopu, w jego środku, wwierca się pale. Pomiędzy nie wkłada się drewnianą opinkę. Opinkę dokłada się cały czas pogłębiając wykop. Dzięki niej na bieżąco powstrzymywana jest ziemia z boków, która mogła by zsypywać się na dno wykopu. Ścianka berlińska pozwala zatem nie tylko na wygodne i komfortowe pogłębianie wykopu, ale również na prace w nim, zanim powstaną „prawdziwe” ściany.