Czym jest geotechnika?
Przedmiot badań geotechniki koncentruje się przede wszystkim na właściwościach gruntu z perspektywy jego przydatności pod kątem realizacji budowli naziemnych takich jak budynki mieszkalne, hale wielkopowierzchniowe, drogi, farmy fotowoltaiczne itp. Ze względu na swoją specyfikę geotechnikę można uznać za nauką interdyscyplinarną integrującą wiedzę z pokrewnych nauk szczegółowych takich jak mechanika gruntów, geofizyka, hydrogeologia a przede wszystkim geologia (Eslam, Moshfeghi, Molaabasi, Eslami, 2020). Geologia stanowi dyscyplinę nieco szerszą obejmując poza badaniem samej struktury i własności podłoża również jego historię i możliwe przeobrażenia. Geologia zajmuje się zatem także badaniem gruntu dla celów geograficznych, archeologicznych, paleontologicznych itp. W kontekście budownictwa mówimy o geotechnice i geologii inżynierskiej, które są ściśle związane z inżynierią lądową.
Zastosowanie badań geotechnicznych
Geotechnika znajduje zastosowanie przede wszystkim przy planowaniu konstrukcji lądowych takich jak: budynki, mosty, wiadukty, tunele, elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne, a także obiekty liniowe takie jak drogi, torowiska, ścieżki rowerowe czy instalacje wodne i kanalizacyjne. Geotechnika obejmuje w swoich badaniach analizę całego szeregu parametrów gruntu mających umożliwić dobór odpowiednich technik budowlanych, a w konsekwencji efektywne i bezpieczne posadowienie obiektu budowlanego, który będzie stabilny przez długie lata. Sposób projektowania i realizacji budowy zawsze będzie zależał od właściwości gruntu na którym ma być wzniesiona konstrukcja, dlatego działania w zakresie inżynierii geotechnicznej są częścią pracy zespołowej obejmującej inne dyscypliny, w tym inżynierię budowlaną, zarządzanie budową, hydraulikę i cały szereg innych istotnych gałęzi. Ostateczny projekt każdego projektu odzwierciedla współpracę tych profesji.
Geotechnika opiera się zatem na wykorzystaniu metod inżynierskich w zakresie pobierania gruntu i interpretacji jego właściwości fizycznych w kontekście zastosowań budowlanych i konstrukcyjnych. Termin geotechnika jest obecnie używany do opisania zarówno teoretycznego, jak i praktycznego zastosowania tej dyscypliny. Geotechnika porusza takie zagadnienia jak:
- badane gruntu i definiowanie lokalizacji oraz zagęszczenia podpowierzchniowych warstw gruntowych i skalnych
- pozyskiwanie próbek do badań i oceny poprzez odwierty geotechniczne
- określanie warunków wód podziemnych i konsekwencji możliwych ich zmian dla projektów w przyszłości
- wytrzymałość geomateriałów podpowierzchniowych dla bezpiecznego przenoszenia obciążeń konstrukcji nośnej
- dobór i projektowanie odpowiednich systemów fundamentowych dla danego projektu
- rozważania i wymagania dotyczące stabilizacji złóż sztucznych i naturalnych
- reakcje terenu na obciążenia sejsmiczne lub inne naturalne lub sztuczne geozagrożenia
Rozwój metod badań geotechnicznych
Inżynieria geotechniczna jest nauką nieustannie się rozwijającą. W jej ramach prowadzone są badania mające na celu ulepszenia i dalsze udoskonalenia sprzętu wiertniczego, technik i metod przeprowadzania badań gruntu oraz testowania próbek osadów i skał w laboratorium (O’Kelly, 2021). Udoskonalane są również sposoby obliczania i analizy zachowania i nośności gruntu i skał podczas planowania konstrukcji, instalacji morskich, tuneli i przestrzeni podziemnych, dróg, linii kolejowych itp.
Pomimo zauważalnego postępu w inżynierii geotechnicznej, wiele rozwiązań nadal ma charakter przybliżenia, co wynika głównie z naturalnej niejednorodności gruntów i dominujących warunków środowiskowych (Yin, Fauchille, Di Filippo, Kotronis, Sciarra, 2021). Ponadto gleby są wrażliwe na lokalne warunki środowiskowe. W związku z tym w przypadku dużych inwestycji (lotniska, mosty, tunele itp.) niezbędne jest zebranie wszechstronnej wiedzy na temat naturalnych złóż gruntu, potencjalnego wpływu środowiska na konstrukcję itp. Wszystko to pozwala na precyzyjniejsze przewidywanie wydajności i zachowania materiałów wykorzystanych podczas budowy. Obecnie stosowane techniki są jednak wystarczająco czułe, aby precyzyjnie określić właściwości gruntu na potrzeby większości prac budowlanych.
Bibliografia:
- Eslami, A., S. Moshfeghi, H. MolaAbasi, M. M. Eslami. Geotechnical engineering [w:] Piezocone and Cone Penetration Test (CPTu and CPT) Applications in Foundation Engineering (s. 1-23) 2020.
- Jaeger, J.C.; Cook, N.G.W.; Zimmerman, R.W. Fundamentals of Rock Mechanics; Wiley-Blackwell: Oxford, UK, 2009.
- O’Kelly, B.C. Review of Recent Developments and Understanding of Atterberg Limits Determinations. Geotechnics2021, 1, 59-75. https://doi.org/10.3390/geotechnics1010004
- Yin, K.; Fauchille, A.-L.; Di Filippo, E.; Kotronis, P.; Sciarra, G. A Review of Sand–Clay Mixture and Soil–Structure Interface Direct Shear Test. Geotechnics 2021, 1, 260-306. https://doi.org/10.3390/geotechnics1020014