Badanie zagęszczenia gruntu i płyta dynamiczna: co ten raport naprawdę udowadnia

Badanie zagęszczenia gruntu robimy na każdej płycie, którą wykonujemy, i robimy je na własną robotę. Nie dlatego, że ktoś nam każe, bo pod domem jednorodzinnym nie każe nikt. Robimy je, bo po zabetonowaniu podbudowy nie da się już sprawdzić inaczej niż przez rozkucie płyty, a chcę mieć na to papier, zanim dojdzie do rozmowy o tym, kto zawinił. Opisuję tu, co taki pomiar mierzy, czego nie udowodni i co wpisać do zlecenia, żeby raport miał wartość dowodową.

„Zagęściliśmy porządnie” to nie jest liczba

Podbudowa jest jedną z tych robót, których po zakryciu nikt już nie zobaczy. Prawo budowlane nazywa je robotami ulegającymi zakryciu bądź zanikającymi i nakłada na kierownika budowy obowiązek zgłoszenia ich inwestorowi do sprawdzenia lub odbioru, zanim zostaną zakryte; jeśli na budowie jest inspektor nadzoru, sprawdzenie i odbiór takich robót należą wprost do niego. Prawo mówi więc jasno, że ten moment ma się odbyć. A nie mówi ani słowem, na jakiej podstawie kierownik ma go potwierdzić.

I tu zaczyna się problem, bo w praktyce tą podstawą bywa zdanie wykonawcy. Wchodzisz na działkę, widzisz równą, twardą powierzchnię, po której da się chodzić, ekipa mówi, że zagęszczali porządnie, kierownik wpisuje odbiór podłoża do dziennika. Wszyscy działali w dobrej wierze i nikt niczego nie zmierzył. Górna warstwa będzie wyglądała na dobrze zagęszczoną, ale niższe warstwy w wyniku obciążenia stawianym na nim budynkiem zaczną się zapadać, a w efekcie cały dom będzie osiadał nierównomiernie. Zobaczysz to po trzech albo pięciu latach, na tynkach i na styku ścian z sufitem, i wtedy nie będzie już czym udowodnić, co się stało pod spodem.

Warto zauważyć, gdzie ta sama robota jest traktowana zupełnie inaczej. Jeśli do wodociągu trzeba wpiąć się w drodze publicznej i jest ona asfaltowa, trzeba będzie po wykonaniu przyłącza zlecić badanie zagęszczenia podbudowy i odtworzyć asfalt. Pod jezdnią, po której jeżdżą samochody, nikt nie przyjmuje zapewnień. A pod domem, który ma stać sto lat, przyjmuje je prawie każdy i nie stoi za tym żaden powód techniczny.

Do czasu, aż zaczniesz wymagać pomiaru, zostaje Ci to, co radzę wszystkim od lat: jeśli nie masz pełnego zaufania do wykonawcy, podjedź na budowę w trakcie prac i zobacz, czy grunt zagęszczany jest warstwami. Dlaczego akurat to jest krytyczne, rozpisałem osobno w tekście Zagęszczanie gruntu pod fundamenty na Pozytywnie Zbudowani.

Co znaczy wskaźnik zagęszczenia i skąd bierze się wymaganie

Wskaźnik zagęszczenia, w projektach zapisywany jako Is, to zwykły stosunek dwóch gęstości. W laboratorium bierze się próbkę tego samego materiału, ubija ją znormalizowaną energią przy kilku różnych wilgotnościach i sprawdza, przy której wychodzi najgęściej. To jest badanie Proctora i daje ono dwie liczby: maksymalną gęstość, jaką z tego materiału da się wycisnąć, oraz wilgotność, przy której to się dzieje. Potem mierzy się gęstość uzyskaną na budowie i dzieli jedną przez drugą; Is = 0,98 znaczy tyle, że na działce osiągnięto 98 procent tego, co ten materiał potrafi.

Z definicji wynika rzecz, o której na budowach mówi się za rzadko: wynik zależy od wilgotności materiału w chwili zagęszczania. Kruszywo zbyt suche ma za duże tarcie między ziarnami i nie chce się układać. Kruszywo zbyt mokre zachowuje się odwrotnie, bo woda w porach rozpycha ziarna i nie pozwala ich docisnąć. Między tymi dwoma stanami jest wąski zakres, w którym ta sama zagęszczarka daje wynik wyraźnie wyższy. Dlatego zagęszczanie po ulewie i zagęszczanie w upał to nie jest ta sama robota, choć na fakturze wygląda identycznie.

Druga rzecz to grubość warstwy. Nawet jeśli wykonawca będzie dysponował zagęszczarką o wadze 500 kg z czujnikiem zagęszczenia, należy to robić warstwami po 20-30 cm. Bo maszyna wprowadza energię tylko na określoną głębokość i nie da się tego obejść ani liczbą przejazdów, ani wagą sprzętu. Metrowa warstwa wsypana na raz będzie miała twardy wierzch i luźny spód, a spód zobaczysz dopiero wtedy, gdy postawisz na nim dom. Jest to niewielka rzecz, która zrobiona źle, może mieć bardzo poważne konsekwencje.

Zostaje pytanie, skąd wziąć samo wymaganie, czyli liczbę, do której trzeba dojść. Z każdym zapytaniem o wycenę dostajemy opinię geotechniczną, więc przez naszą firmę przeszły ich setki; trzydzieści przejrzałem pod tym właśnie kątem i tylko jedna podaje wprost wymagany wskaźnik zagęszczenia. Wszystkie pozostałe odsyłają do wartości „określonej przez konstruktora”. To znaczy, że wymaganie liczbowe rodzi się na rysunku konstrukcyjnym, a nie w opinii geotechnicznej, i tam trzeba go szukać. W projektach, które wyceniamy, najczęściej jest to 0,97 albo 0,98 dla warstwy bezpośrednio pod płytą. Jak czytać sam dokument, opisuję w tekście o opinii geotechnicznej, a co powinny obejmować badania geotechniczne i kiedy je zamówić - w osobnym tekście.

Czym się bada zagęszczenie

Metody są trzy i różnią się tym, co właściwie mierzą.

Lekka płyta dynamiczna

To metoda, którą stosujemy na swoich budowach. Na wyrównaną powierzchnię kładzie się stalową płytę o średnicy 300 mm, a na prowadnicę ciężarek 10 kg, który spada z wysokości około 70 cm; uderzenie odpowiada w przybliżeniu krótkiemu obciążeniu kołem pojazdu. Czujnik mierzy ugięcie płyty, a rejestrator przelicza je na dynamiczny moduł odkształcenia, oznaczany jako Evd i podawany w megapaskalach. Wynik masz na miejscu, bez czekania na laboratorium.

Płyta statyczna VSS

Tu obciążenie narasta powoli, stopniami, a jako przeciwwaga potrzebny jest ciężki pojazd. Badanie daje dwa moduły, pierwotny i wtórny, a ich stosunek mówi, ile w podłożu zostało jeszcze rezerwy do dogęszczenia. Jest dokładniejsze i uznawane szerzej; trwa jednak znacznie dłużej i wymaga wjazdu ciężkiego sprzętu na badaną warstwę, więc przy domu jednorodzinnym schodzi na dalszy plan.

Sonda dynamiczna

Sonda nie bada warstwy, tylko to, co jest pod nią: stalowy stożek wbija się w grunt znormalizowanymi uderzeniami i liczy, ile ich potrzeba na każde 10 cm zagłębienia. Dzięki temu widać, na jakiej głębokości kończy się nośne podłoże. Na jednej z naszych budów sondowanie pokazało miejsce, w którym na głębokości około dwóch metrów stożek szedł w dół praktycznie bez oporu, a dwa standardowe odwierty po 3 m mogły tego w ogóle nie złapać. To badanie odpowiada na inne pytanie niż płyta i jedno nie zastępuje drugiego.

Jak wygląda badanie płytą dynamiczną na budowie

Przebieg jest krótki i przewidywalny. Miejsce pomiaru trzeba wyrównać i usunąć z niego luźne kamienie, bo płyta musi przylegać całą powierzchnią, a nie stać na trzech ziarnach. Potem wykonuje się trzy uderzenia wstępne, których nie liczy się do wyniku, i dopiero po nich trzy uderzenia pomiarowe. Rejestrator uśrednia ugięcia i wylicza moduł. Cały pomiar w jednym punkcie trwa dwie do trzech minut, więc na płytę pod dom robi się kilka punktów rozłożonych po obrysie i w środku, a nie jeden na pokaz. Obwód jest przy tym ważniejszy, niż się wydaje, bo tam stoją ściany nośne i tam nacisk jest największy - a jednocześnie samej krawędzi nasypu nie da się zagęścić tak dobrze jak środka. Dlatego podbudowę zawsze prowadzimy 70 cm szerzej niż oś ścian, czyli mniej więcej 50 cm poza obrys płyty: pod ścianą ma leżeć materiał zagęszczony, a nie skarpa.

Metoda ma warunki, przy których wolno jej ufać, a protokół rzadko o nich wspomina: dodatnia temperatura, powierzchnia, która nie jest stroma, wilgotność materiału zbliżona do optymalnej i brak nasycenia wodą. Do tego największe ziarno musi być mniejsze niż 63 mm, bo przy grubszym kamieniu płyta o średnicy 300 mm opiera się na pojedynczych ziarnach i mierzy je, a nie warstwę. Sam przyrząd wymaga kalibracji co roku, bo inaczej wszystkie liczby są przesunięte o nieznaną wartość.

Ostatnia rzecz dotyczy głębokości. Uderzenie oddziałuje mniej więcej na półtorej średnicy płyty, czyli około 45 cm, choć część opracowań podaje wartość wyższą, a część ostrożniejszą, w granicach 30-40 cm. Praktyczny wniosek jest jeden: badanie ocenia warstwę o grubości do mniej więcej 30-40 cm razem z tym, co pod nią leży. Jeśli producent przyrządu obiecuje kontrolę warstwy pięćdziesięciocentymetrowej, obiecuje więcej, niż wynika z mechaniki gruntów.

Czego ten raport dowodzi, a czego nie

Wziąłem dwa raporty z płyty dynamicznej, które przeszły przez nasze biuro, i rozłożyłem je na czynniki. Oba mają w tabeli trzy kolumny: moduł dynamiczny Evd, moduł wtórny E2 i wskaźnik zagęszczenia Is. Wygląda to tak, jakby wykonano trzy badania. Wykonano jedno.

Sprawdziłem to arytmetyką. W obu raportach E2 jest liniową funkcją Evd, dopasowaną co do drugiego miejsca po przecinku, a Is jest przeliczony z Evd według tabelarycznej instrukcji. Co więcej, mnożnik był w tych raportach różny: raz około 1,7, raz około 1,9. Nie dlatego, że coś zmierzono inaczej, tylko dlatego, że przyjęto inną klasę materiału. Czyli raport z płyty dynamicznej dowodzi modułu Evd i tylko jego. Jeśli projekt albo kierownik budowy żąda wskaźnika zagęszczenia z pomiaru bezpośredniego, czyli z gęstości objętościowej odniesionej do Proctora, ten dokument tego nie zastępuje i trzeba to powiedzieć wprost, zanim ktoś zamknie na nim odbiór.

Druga rzecz z tych samych dwóch raportów jest jeszcze bardziej pouczająca. Obie warstwy opisano tak samo, jako warstwę zasadniczą z kruszywa łamanego. W pierwszym raporcie wyszło od 119 do 132 MPa. W drugim od 37 do 46 MPa. Trzykrotna różnica na tym samym typie materiału, u tego samego wykonawcy badania. Powód nie leżał w kruszywie i nie leżał w liczbie przejazdów zagęszczarki: w drugim przypadku pod podbudową zalegała glina plastyczna, a płyta dynamiczna mierzy cały układ do kilkudziesięciu centymetrów w głąb, razem z tym, co jest pod spodem. Materiał nie jest sufitem; sufit stawia podłoże i sposób wbudowania warstwy.

Co nie znaczy, że materiał jest bez znaczenia - tyle że o nim rozstrzyga się wcześniej, przy rozładunku, a nie po badaniu. Parę razy przyjechało do nas kruszywo złej klasy albo o innych parametrach, niż zamawialiśmy. Nie wbudowaliśmy go: nasza koparka załadowała je z powrotem na samochód, skład wymienił materiał, a ponieważ logistykę wzięliśmy na siebie, obyło się bez przepychanek - klient nie poniósł kosztów, a budowa nie stanęła. Wynik badania jest ostatnim ogniwem tego łańcucha, nie pierwszym.

Warto wiedzieć, czego ten dokument nie rozstrzyga, mimo że wygląda, jakby rozstrzygał. Nie wiem i nie obiecuję, jaki wynik wyjdzie na Twojej działce, bo zależy on w równym stopniu od kruszywa i od tego, co leży pod nim; liczbę zna dopiero przyrząd postawiony na gotowej podbudowie. Raport nie mówi też, czy warstwa spełnia wymaganie z projektu, jeżeli nikt tego wymagania w nim nie zapisał - a najczęściej nie zapisuje.

Trzecia obserwacja jest z tego wszystkiego najbardziej praktyczna. Żaden z tych dwóch raportów nie podawał grubości badanej warstwy, opisu podłoża pod nią, wilgotności materiału, rzędnych punktów, metryki użytego przyrządu ani jednego zdania oceniającego, czy wynik spełnia wymaganie z projektu. A wszystkie te pozycje da się wpisać do zlecenia i żadna nie podnosi kosztu badania, bo pomiar i tak jest wykonywany; podnoszą tylko wartość dokumentu, gdyby kiedyś miał do czegoś posłużyć. Jeżeli zamawiasz badanie sam, przeklej tę listę do maila ze zleceniem.

Zagęszczarka z czujnikiem prowadzi, badanie potwierdza

Zagęszczamy rewersyjną zagęszczarką o wadze 500 kg z czujnikiem zagęszczenia i chcę być precyzyjny co do tego, co ten czujnik robi. W płycie roboczej siedzi akcelerometr mierzący, jak maszyna odbija się od podłoża: im sztywniejsze podłoże, tym mocniejsza odpowiedź zwrotna, a elektronika pokazuje to operatorowi jako rosnący rząd diod. Kiedy kolejna dioda przestaje się zapalać mimo dalszych przejazdów, znaczy to, że ta maszyna nie zagęści już podłoża bardziej.

To ważne rozróżnienie, bo bywa sprzedawane jako coś innego. Czujnik pokazuje względną zmianę sztywności, a nie gęstość i nie wskaźnik z projektu. Informacja „więcej się nie da tą maszyną” i informacja „osiągnięto Is = 0,98” to dwa różne zdania i tylko drugie odpowiada na pytanie z rysunku konstrukcyjnego. Dlatego u nas czujnik prowadzi robotę w trakcie, bo operator widzi słabe miejsce od razu i może dołożyć przejazdy albo poprawić wilgotność, a badanie na gotowej podbudowie potwierdza efekt na końcu. Sam czujnik nie daje dokumentu, a samo badanie przychodzi za późno, żeby cokolwiek poprawić bez rozbierania warstwy.

Glina, czyli gdzie ta metoda się kończy

Na gruntach spoistych, czyli na glinie i pyle, płyta dynamiczna traci wiarygodność i nie ma sensu udawać, że jest inaczej. Odkształcalność takiego gruntu zależy przede wszystkim od wilgotności, a nie od tego, jak mocno został ubity. Ten sam grunt, zagęszczony tak samo, da wyraźnie inny wynik przed deszczem i po deszczu. A korelacje, które pozwalają przeliczyć moduł na wskaźnik zagęszczenia, opracowano dla piasków i żwirów; dla gruntów spoistych tabele po prostu nie podają wartości granicznych. Na glinie ten pomiar jest wskazówką, a nie dowodem, i tak trzeba go opisać w protokole. Sami nie stosujemy go tam jako dowodu: jeżeli projekt wymaga potwierdzenia zagęszczenia na gruncie spoistym, metodę ustala kierownik budowy z konstruktorem, a my ją wykonujemy albo zamawiamy.

Z tego samego powodu wibracje na gruncie spoistym potrafią zaszkodzić zamiast pomóc: zamiast dociskać ziarna, uplastyczniają materiał, a wtedy więcej przejazdów daje gorszy efekt niż mniej. Grunt rodzimy leży tam zazwyczaj od setek lub tysięcy lat i nie trzeba go dodatkowo zagęszczać - wystarczy natomiast przez dzień pojeździć po nim ciężką maszyną, żeby zaczął zachowywać się jak plastelina. Uplastyczniony grunt niestety należy usunąć, a to jest wymiana, której nie było ani w opinii, ani w ofercie.

U nas ten problem nie występuje, bo na docelowy poziom gruntu, na którym stanie płyta, w ogóle nie wjeżdżamy. Pracujemy własną gąsienicową koparką obrotową, która stoi obok wykopu i sięga ramieniem, zamiast jeździć po jego dnie. Podbudowę sypiemy z kruszywa grubej frakcji, nie z piasku, bo piasku nie da się aż tak dobrze zagęścić. Co z czego się składa w gotowym przekroju, rozpisałem w tekście o podbudowie pod płytę fundamentową, a kiedy w ogóle trzeba wymieniać grunt, w tekście o wymianie gruntu.

Nasz standard odbioru podbudowy

Nie musisz nam wierzyć na słowo. Każda zagęszczona warstwa ma protokół, gotową podbudowę badamy pod kątem stopnia zagęszczenia i wynik dostajesz na piśmie. Podbudowę robimy 30 cm i robimy ją zawsze, także przy dobrym gruncie, bo płyta na porządnej podbudowie po prostu lepiej pracuje. Badanie płytą dynamiczną jest częścią każdej realizacji i nie ma osobnej pozycji w wycenie: mamy własny przyrząd, więc nie musimy nikogo po niego wysyłać ani doliczać za to dojazdu.

Sam odbiór podłoża wpisuje do dziennika budowy Twój kierownik budowy i to jest jego podpis, nie nasz; my dostarczamy mu podstawę, czyli protokoły warstw, wynik badania i zdjęcia. Komplet trafia na Twoje konto na naszej platformie, do którego dostęp ma także kierownik. Co jeszcze wchodzi do tej dokumentacji i po co, opisuję w tekście o tym, czego nie widać pod betonem, a pełna lista prac przy każdej płycie jest w standardzie wykonania.

Chcesz płytę, po której zostaje wynik badania zamiast zapewnień? Prześlij rysunki i badania gruntu przez formularz wyceny, a cenę policzoną z Twojego projektu i Twoich warunków gruntowych odeślemy w 48 godzin od skompletowania zapytania.

Pytania

Ile kosztuje badanie zagęszczenia gruntu?

Na cenę składają się trzy rzeczy: dojazd przyrządu i człowieka na działkę, liczba punktów pomiarowych oraz to, czy zamawiasz sam pomiar, czy raport z opisem i podpisem. Dojazd zwykle waży najwięcej, bo sam pomiar w punkcie trwa kilka minut. U nas badanie nie ma osobnej pozycji, ponieważ przyrząd jest nasz i jedzie na budowę razem z ekipą.

Jak sprawdzić, czy grunt jest dobrze zagęszczony?

Bez przyrządu nie sprawdzisz tego wiarygodnie, bo twarda powierzchnia mówi o wierzchu warstwy, a problem siedzi pod spodem. Ale dwie rzeczy możesz zrobić zawsze: wpisać do umowy obowiązek wykonania badania na gotowej podbudowie z wynikiem na piśmie oraz podjechać na budowę w trakcie sypania i zobaczyć, czy materiał idzie warstwami po 20-30 cm.

Jak wykonuje się badanie płytą dynamiczną?

Płytę o średnicy 300 mm układa się na wyrównanej powierzchni, po czym ciężarek 10 kg spada na nią z prowadnicy. Trzy uderzenia wstępne nie liczą się do wyniku, a z trzech pomiarowych rejestrator uśrednia ugięcie i wylicza moduł Evd; pomiar w jednym punkcie zajmuje dwie do trzech minut.

Jak sprawdzić stopień zagęszczenia, jeśli projekt podaje wartość Is?

Bezpośrednio wyznacza się go z gęstości objętościowej zmierzonej na budowie, odniesionej do maksymalnej gęstości z badania Proctora tego samego materiału. Wartość Is wydrukowana w raporcie z płyty dynamicznej jest przeliczeniem z modułu według tabeli i to przeliczenie jest opracowane dla gruntów niespoistych. Jeśli konstruktor wymaga pomiaru bezpośredniego, trzeba zamówić właśnie taki i powiedzieć o tym laboratorium przy zleceniu.