Budowa domu na skarpie

Skarpy jako miejsca nietypowe wymagają szczególnego traktowania podczas projektowania i budowy domu.

Skarpy występują nawet na obszarach nizinnych - przy krawędziach dolin wielkich rzek, oraz w pobliżu moren czołowych. Człowiek integrując w świat przyrody, zmienia istniejące od wieków warunki równowagi i przyczynia się do powstawania osuwisk. Corocznie słyszy się o tragicznych w skutkach osuwiskach, które pochłonęły ofiary w ludziach. Często zdarzają się również mniej groźne katastrofy.

Podczas budowy trasy W-Z i Trasy Łazienkowskiej, naruszone zostały równowagi skarpy u stóp kościoła św. Anny w Warszawie (fot. 1).

Widoczny na zdjęciu mur oporowy był jednym z elementów powstrzymujących ruch skarpy przy kościele św. Anny w Warszawie
Fot. 1. Widoczny na zdjęciu mur oporowy był jednym z elementów powstrzymujących ruch skarpy przy kościele św. Anny w Warszawie.

Przesuwające się masy gruntu spowodowały oderwanie północno - wschodniej części absydy i wschodniej części Kaplicy Loretańskiej. Powstały szczeliny, których szerokość dochodziła nawet do 3 cm.

Kilka lat temu na terenie Łazienek, w pobliżu północnego przyczółka Trasy Łazienkowskiej, zaobserwowano ruch skarpy warszawskiej (fot. 2 i 3).

Szczeliny w asfalcie na skarpie w pobliżu Ujazdowa to pierwsze oznaki powstającego osuwiska
Fot. 2. Szczeliny w asfalcie na skarpie w pobliżu Ujazdowa to pierwsze oznaki powstającego osuwiska.
Przesuwające się masy ziemi w pobliżu Trasy Łazienkowskiej spowodowały deformację schodów
Fot. 3. Przesuwające się masy ziemi w pobliżu Trasy Łazienkowskiej spowodowały deformację schodów.

W roku ubiegłym zagrożone zostały budynki położone w pobliżu Gnojnej Góry na Starym Mieście w Warszawie.

Działania człowieka spowodowały powstawanie osuwiska przy ulicy Agrykola. Ulicę tę zbudowano w latach 1778 - 79. Miała służyć jako droga dojazdowa do Łazienek. Do jej budowy wykorzystywano naturalny wąwóz. Przez blisko 200 lat skarpy wzdłuż ulicy były stateczne. Po raz pierwszy w roku 1963, a powtórnie w 1979 nastąpiło osuwisko (fot. 4 i 5). Do drugiego znacznie przyczynił się ruch ciężkich pojazdów obsługujących budowę Trasy Łazienkowskiej.

Konstruktor projektujący budynek na terenie płaskim wymiaruje fundamenty - sprawdza nośność gruntu pod stopą lub ławą fundamentową. Jeżeli budowa usytuowana jest na zboczu lub w jego sąsiedztwie, przed wyborem lokalizacji budynku konieczne staje się sprawdzenie stateczności, czyli równowagi skarpy obciążonej wznoszoną konstrukcją.

Archiwalne zdjęcie osuwiska przy ulicy Agrykola w Warszawie
Fot. 4. Archiwalne zdjęcie osuwiska przy ulicy Agrykola w Warszawie.
Uporządkowany w latach osiemdziesiątych teren dawnego osuwiska przy ulicy Agrykola
Fot. 5. Uporządkowany w latach osiemdziesiątych teren dawnego osuwiska przy ulicy Agrykola. Nieckę osuwiska wypełniono gruntem, skarpę umocniono i zabezpieczono palami.

Jak oceniać stateczność skarpy

Kształt drzew porastających zbocze może świadczyć o ruchach gruntu, jakie występowały w przeszłości. Jeżeli główne pnie drzew są proste i pionowe, to znaczy, że zbocze było stateczne. Drzewa o pniach pokrzywionych, rosnących w różnych kierunkach świadczą o ruchach, jakie występowały na zboczu. Świeże pęknięcia darni, szpary i szczeliny widoczne na powierzchni gruntu to ślady niedawnych ruchów gruntu. Jeżeli głębokość szczelin jest niewielka, można spodziewać się niewielkiego przemieszczenia, zwanego zsuwem powierzchniowym. Gdy szczeliny są duże i głębokie, możliwe są osuwiska sięgające głęboko pod powierzchnie terenu. Szczeliny najczęściej pojawiają się w pobliżu korony zbocza.

O istniejącym w przeszłości osuwisku możemy się dowiedzieć studiując mapę wysokościową terenu. Osuwisko pozostawia po sobie charakterystyczny, przedstawiony na rysunku przebieg warstwic (rys. 1).

Plan warstwicowy skarpy z osuwiskiem
Rys.1. Plan warstwicowy skarpy z osuwiskiem.

Stateczność skarpy określa współczynnik stateczności F. Jest to wartość wyznaczona jako stosunek sił utrzymujących do sił przesuwających mas gruntu. Gdy wartość współczynnika F jest mniejsza od jedności, skarpa nie jest stateczna.

Dopuszczalne nachylenie skarpy

Skarpy zbudowane z suchych gruntów piaszczystych są stateczne, gdy ich kąt nachylenia jest mniejszy:

  • od 27° - gdy zbocza zbudowane są ze słabo zagęszczonych piasków drobnych,
  • od 31° - gdy w zboczu znajdują się dobrze zagęszczone piaski grube.

Znacznie większe nachylenia zboczy możliwe są w gruntach spoistych. Gdy skarpa zbudowana jest z twardoplastycznej gliny pochodzenia lodowcowego, bezpieczny kąt nachylenia zbocza wysokości 6m równy jest 70°. Gdy zbocze ma wysokość 10m, dopuszczalny kąt nachylenia zmniejsza się do 50°.

Jak zabezpieczyć skarpę

Budowa na skarpie czynnej, czyli będącej w ruchu, jest przedsięwzięciem trudnym i kosztownym. Na takim terenie konieczne jest wykonanie precyzyjnych badań geologicznych, lokalizujących przebieg płaszczyzny poślizgu jednej części gruntu względem drugiej. Badania umożliwiają ocenę stateczności zbocza oraz wybór i zaprojektowanie odpowiednich zabezpieczeń. Najprostszym rozwiązaniem jest zmniejszenie nachylenia skarpy.

Zazwyczaj jednak konieczne jest przeprowadzenie skomplikowanych prac inżynierskich. Skarpy można zabezpieczyć murami oporowymi, palami lub kotwami (rys. 2). Ostatnio stosuje się gwoździowanie, które polega na łączeniu sąsiednich partii gruntu siatką stalową umocowaną cienkimi prętami wbitymi w grunt.

Sposoby zabezpieczania skarp
Rys. 2. Sposoby zabezpieczania skarp.

Wody na skarpie

Fachowcy twierdzą, że suche zbocze jest stateczne. Rzeczywiście, warunki wodne panujące na zboczu mają bardzo duże znaczenie dla stateczności zbocza.

Woda, filtrując w zboczu, zbiera się na stropie głębiej zalegającej warstwy gruntów słabo przepuszczalnych i działa jako swoisty smar. Poślizg zwykle odbywa się na styku dwóch rodzajów gruntów. Przemieszczaniu sprzyja przepływająca woda.

Budowa domu w pobliżu skarpy lub bezpośrednio na zboczu zmienia panujące warunki wodne. Nowo zbudowany dom musi być, zatem otoczony drenażem. Należy projektować drenaż opaskowy, otaczający cały dom, a także drenaż powierzchniowy - pod budynkiem (rys. 3). Drenaż umożliwia odprowadzenie wody napływającej w kierunku budynku i gromadzącej się w dawnym wykopie fundamentowym. Wodę z drenażu należy odprowadzać na odległość kilkunastu metrów od podnóża skarpy. Odprowadzenie wody na skarpę czy do jej podstawy może przyczyniać się do powstania osuwiska.

Dom zbudowany na zboczu musi być otoczony drenażem
Rys. 3. Dom zbudowany na zboczu musi być otoczony drenażem.
Drenaż otaczający dom na skarpie - widok od góry
Rys. 4. Drenaż otaczający dom na skarpie - widok od góry.

Szczególną uwagę należy poświęcać również odprowadzeniu wody deszczowej spływającej z dachu. Woda ta nie powinna przedostawać się do gruntu przy ścianach budynku.

Roślinność a stateczność skarpy

Istotną funkcję w utrzymaniu stateczności zboczy spełnia roślinność. Absorbuję wodę opadową, zmniejsza energię uderzeń kropli deszczu o grunt, oraz zmniejsza prędkość przepływu wody. Zabezpiecza to skarpę przed powierzchniowymi spływami gruntu. Jednocześnie korzenie wiążą masy gruntu, przenikają w głąb i powodują ograniczenie ruchu mas gruntu oraz wzrost wytrzymałości skarpy.

Interesujące są wyniki przedstawiające zmianę współczynnika stateczności w zależności od typów roślin występujących na skarpie oraz sposobu jej zagospodarowana. Określono współczynnik stateczności wybranej skarpy: F=1,36. Wzrasta on do wartości F=1,39, gdy skarpa porośnięta jest trawą i krzewami, lub do wartości F=2,18, gdy zbocze jest porośnięte gęstą szatą roślinną i drzewami. Po ścięciu drzew początkowo współczynnik stateczności osiąga wartość maksymalną F=2,9. Spowodowane jest to odciążeniem skarpy (konary nie obciążają zbocza i nie przenoszą sił parcia wiatru) oraz pracą korzeni drzew, które zachowują się jak swoistego rodzaju pale. Z upływem czasu, na skutek gnicia korzenie ściętych drzew, współczynnik stateczności maleje. Po kilku miesiącach zmniejsza się on do wartości F=1,73, a w niektórych przypadkach może osiągnąć nawet wartość F=1,13.

Niezmiernie ważne jest zasadzenie na skarpie odpowiednich gatunków roślin. Trawy absorbują wodę opadową i zmniejszają prędkość przepływu. Drzewa i krzewy zabezpieczają skarpę swym systemem korzeniowym, sięgającym często do głębokości trzech metrów poniżej powierzchni terenu. Przy wyborze odpowiednich w danych warunkach klimatycznych gatunków roślin należy pamiętać o niekorzystnym wpływie dużych drzew lokalizowanych w środkowych częściach skarpy (w tej części skarpy płaszczyzna poślizgu usytuowana jest najgłębiej). Obciążają one skarpę swym ciężarem, a ponadto przenoszą na grunt siły pochodzące od obciążenia wiatrem. Zebrane doświadczenia wykazały, że dobór odpowiednich gatunków roślin i umiejętne zagospodarowanie skarpy zwiększają bezpieczeństwo nawet o 30%.

Dr inż. Krzysztof Traczyński
Artykuł publikowany w magazynie Murator