Uziom jako ważny element instalacji odgromowej powinien zostać wykonany zgodnie ze sztuką inżynierską oraz normami technicznymi, a nade wszystko dopasowany do rodzaju i funkcji obiektu budowlanego z uwzględnieniem właściwości gruntu. W praktyce wykonawczej najczęściej spotyka się uziomy fundamentowe, szpilkowe, otokowe i poziome – w niniejszym artykule poruszono tematykę uziomu fundamentowego, który jest podstawą ochrony odgromowej w nowoczesnym budownictwie. W związku z tym zasadne staje się pytanie, czy faktycznie ten typ uziomu jest korzystny i efektywny, a jeśli tak, to jak go wykonać, żeby spełniał wymogi techniczne oraz standardy bezpieczeństwa.
Spis treści
1. Kiedy zaleca się wykonanie uziomu fundamentowego?
2. Dlaczego uziom fundamentowy uznaje się za dobry wybór?
3. Wymagania norm
4. Jak wykonany jest uziom fundamentowy?
4.1. Połączenie uziomu ze zbrojeniem
4.2. Wyprowadzenie bednarki
4.3. Złącza kontrolne
4.4. Z jakich materiałów skonstruować uziom?
5. Typowe błędy wykonawcze
6. Kontrola jakości uziomu fundamentowego
7. Podsumowanie
8. [FAQ] AN-KOM odpowiada na pytania klientów dotyczące wykonania uziomu fundamentowego
Kiedy zaleca się wykonanie uziomu fundamentowego?
Zgodnie z wymaganiami aktualnie obowiązujących norm oraz współczesną praktyką inżynierską, wykonanie uziomu fundamentowego jest powszechnie zalecane dla nowych obiektów budowlanych. Jest to bardzo ważne, ponieważ w przypadku dopiero powstających budynków, można uwzględnić instalację odgromową już na etapie przygotowawczym inwestycji, sporządzając profesjonalny projekt obejmujący uziom.
Warto przypomnieć, że dokument ten może wykonać wyłącznie projektant posiadający uprawnienia budowlane oraz aktualny wpis do Izby Inżynierów Budownictwa.
Uziom fundamentowy to kluczowy, a zarazem integralny moduł instalacji piorunochronnej, który odpowiada bezpośrednio za uziemienie ładunku energii elektrycznej pochodzącej z przejętego przez zwody wyładowania atmosferycznego. Oznacza to, że prawidłowy dobór i jakość uziomu przekłada się na poziom ochrony budynku oraz bezpieczeństwa przebywających w nim ludzi. Bardzo często zdarza się, że w niektórych obiektach uziom fundamentowy stanowi główną bazę systemu odgromowego, którą uzupełnia się poprzez montaż dodatkowego uziomu, np. szpilkowego czy otokowego. Rozwiązanie to jest niezwykle przydatne, kiedy warunki gruntowe są trudne (zbyt wysokie wartości rezystywności gruntu), lub gdy płyta fundamentowa posiada szczelną izolację termiczną.
W przypadku już istniejących budynków poddawanych modernizacji idealnym rozwiązaniem będzie zastosowanie np. uziomu szpilkowego, o którym więcej można przeczytać w artykule pt. Uziom szpilkowy – kiedy zastosować i jak poprawić rezystancję uziemienia.
Dlaczego uziom fundamentowy uznaje się za dobry wybór?
Współczesne budownictwo stawia nie tylko na wysoką efektywność energetyczną, ale przede wszystkim na bezpieczeństwo użytkowania, co w wielu przypadkach (szczególnie w obiektach wielkopowierzchniowych) wiąże się z koniecznością wykonania systemu odgromowego. Jak już wspomniano, uziom – w czasie przejęcia energii elektrycznej prądu piorunowego – jest newralgicznym modułem całej instalacji, która powinna działać niezawodnie. Branżowi eksperci zajmujący się ochroną odgromową wskazują, że uziom fundamentowy spełnia warunki bezpiecznego sposobu przekazania prądu piorunowego do gruntu. Za uziomem fundamentowym przemawiają przede wszystkim:
- zgodność z wymaganiami branżowych norm,
- konieczność podjęcia decyzji na etapie sporządzania projektu budowlanego oraz realizacji na początku fazy operacyjnej procesu budowlanego,
- bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa,
- minimalna wrażliwość na zmienność pogodową i klimatyczną,
- wysoka trwałość odpowiadająca trwałości budynku,
- szybki i prosty montaż,
- najniższe koszty spośród wszystkich typów uziomów,
- bezobsługowa konstrukcja.
Mając na uwadze powyższe czynniki, należy przyjąć, że uziom fundamentowy jest rekomendowany jako domyślny wybór dla inwestora wznoszącego nowy obiekt budowlany, zarówno mieszkalny, jak i przeznaczony na cele komercyjne.
Wymagania norm
Normy techniczne będące podstawą pracy inżyniera, szczegółowo określają wymagania stawiane instalacjom odgromowym, w tym uziomowi fundamentowemu. Branżowe standardy w zakresie uziomów są określane przez następujące normy:
- PN-EN 62305,
- PN-EN 62561,
- PN-HD 60364-5-54:2011.
Pierwsza i druga opisują kwestie związane ze sposobem wymiarowania oraz obliczeniami inżynierskimi, włączając w to dobór materiałów i odporność korozyjną, a także osiągnięcie żądanej wartości rezystancji uziemienia uzależnionej m.in. od specyfiki gruntu i funkcji obiektu.
Trzecia norma odnosi się do połączenia standardowego uziemienia instalacji elektrycznej obiektu budowlanego (tzw. szyna GSU) z uziomem za pomocą przewodu uziemiającego przy udziale co najmniej jednego zacisku.
Jak wykonany jest uziom fundamentowy?
Instalacja odgromowa z uziomem fundamentowym jest uznawana za jedno z najbardziej efektywnych rozwiązań w zakresie uziemienia, ponieważ umożliwia bezpieczne odprowadzenie prądu piorunowego do gruntu i jego rozproszenie.
Jest to możliwe dzięki specyficznej konstrukcji fundamentu, gdzie beton zapewnia stabilną i skuteczną ochronę mechaniczną oraz tworzy warunki elektrycznie korzystne dla kontaktu uziomu z ziemią.
Przeciętny uziom fundamentowy to zazwyczaj zbrojenie fundamentu, w którym znajdują się zarówno poziome, jak i pionowe pręty. W rzucie poziomym, tak wykonana część zasadnicza uziomu przypomina prostokąt (np. mały budynek gospodarczy lub mały budynek mieszkalny), ponieważ jest poprowadzona pod ścianami nośnymi budynku.
Jeśli fundament obiektu (np. hala produkcyjno-magazynowa z zapleczem biurowym) posiada ściany wewnętrzne (działowe), również wchodzi w skład uziomu. W efekcie uziom może składać się z kilku prostokątów (tzw. oczek), przy czym największe z nich nie może przekroczyć wymiarów 20 m x 20 m. Jeżeli obiekt posiada na tyle dużą powierzchnię, że przekracza wspomniane wymiary oczka, wówczas należy wykonać połączenia poprzeczne, aby zachować pożądane wymiary. Co więcej, w takich obiektach ściany muszą posiadać szczeliny dylatacyjne, dlatego, aby uniknąć zerwania ciągłości uziomu w wyniku osiadania i rozszerzalności cieplnej cementu, elementy uziomu należy poprowadzić, tworząc tzw. elastyczne „mostki”.
W zależności od sposobu wykonania uziomu i stopnia integracji ze zbrojeniem fundamentów, można wyróżnić dwa główne typy:
- uziom fundamentowy naturalny,
- uziom fundamentowy sztuczny.
Typ naturalny to instalacja klasyczna, bazująca na odpowiednio połączonym zbrojeniu żelbetowego fundamentu. Kluczowe jest, aby wszystkie elementy, które docelowo będą tworzyć uziom (i szerzej system odgromowy) bezwzględnie muszą być połączone w obwód elektryczny przy pomocy połączeń śrubowych lub połączeń spawanych. Co ciekawe, najlepszym rodzajem konstrukcji obiektu budowlanego do tego typu uziomu jest budynek o szkielecie stalowym z żelbetową konstrukcją podziemną i metalową konstrukcją nośną; a także budynki postawione na zbrojonych palach fundamentowych.
Typ sztuczny uziomu fundamentowego składa się ze wszystkich tych elementów, które nie stanowią części konstrukcyjnej fundamentu, a są umieszczone wewnątrz fundamentu i odpowiednio połączone ze zbrojeniem, gdzie beton jest bezpośrednio wykorzystywany do celów uziemienia. Beton otaczający stalowe elementy uziomu działa jak przewodnik i naturalne środowisko ochronne, zapewniając stabilną i niską rezystancję uziomu.
Uziom fundamentowy sztuczny opiera się na bednarce (taśmie stalowej) lub prętach okrągłych, które układa się wewnątrz deskowania i całkowicie zalewa betonem. Elementy te są łączone ze sobą w sposób trwały, zapewniając ciągłość elektryczną – najczęściej poprzez spawanie lub za pomocą przeznaczonych do tego celu skręcanych złączy śrubowych. Uziom sztuczny stosuje się zarówno w fundamentach niezbrojonych (jako główny uziom), jak i zbrojonych (gdy samo zbrojenie nie zapewnia wystarczającej ciągłości elektrycznej). Prawidłowe funkcjonowanie tego typu uziomu zależy od ciągłości elektrycznej jego elementów oraz od bezpośredniego, rozległego kontaktu samej płyty lub ławy betonowej z gruntem.
Połączenie uziomu ze zbrojeniem
Jednym z kluczowych etapów decydujących o prawidłowym wykonaniu uziomu fundamentowego jest proces przygotowania zbrojenia wraz z połączeniem elementów uziomu. Montaż powinien skupiać się na tym, aby uziom i zbrojenie tworzyły stabilny i wytrzymały obwód elektryczny, który efektywnie odprowadzi do gruntu ładunek energii elektrycznej pochodzącej przede wszystkim z przepływającego prądu piorunowego.
W związku z powyższym oraz na bazie wieloletniego doświadczenia wykonawczego, najlepszym sposobem na prawidłowe łączenie uziomu (bednarki) ze zbrojeniem jest wykorzystanie złączy zaciskowych gwintowanych (śrubowych), a w określonych przypadkach spawanie metodą łukową (MIG/MAG). Dzięki temu zabiegowi można uzyskać minimalną wymaganą wartość rezystancji elektrycznej elementów uziomu, a zarazem wysoką wytrzymałość mechaniczną połączeń, co jest niezwykle ważne w zakresie efektywności i bezpieczeństwa całego układu piorunochronnego. Do wykonywania połączeń nie zaleca się stosowania drutu wiązałkowego, który dobrze sprawdza się jako element mechaniczny utrzymujący zbrojenie przed zalaniem betonem, ale jest całkowicie bezużyteczny pod względem stabilnej i bezpiecznej przewodności elektrycznej.
Wszelkie uszkodzenia mechaniczne stalowych elementów (z powłoką ocynku lub pomiedziowaniem), powstałe podczas montażu, należy wyeliminować poprzez niezwłoczną wymianę elementu. Jeżeli uszkodzenia (rysy) są niewielkie i nie wpływają istotnie na poziom rezystancji i bezpieczeństwa, wystarczy pieczołowicie nałożyć na nie masę antykorozyjną – identyczna procedura dotyczy spawów. Co ważne, metalowe elementy uziomu fundamentowego powinny mieć wymiary w przypadku stali co najmniej 30 mm x 3 mm dla płaskowników oraz średnice fi 10 mm dla prętów, aby stanowiły bezpieczny i użyteczny komponent uziomu. Ostateczny dobór materiału, przekroju i sposobu zabezpieczenia antykorozyjnego, powinien wynikać z aktualnych wymagań PN-EN IEC 62305-3, właściwych części PN-EN 62561 oraz projektu.
Utrzymanie stabilności i trwałości połączenia uziomu ze zbrojeniem jest możliwe jedynie poprzez zalanie betonem fundamentowym. Na potrzeby uziomu fundamentowego trzeba pamiętać o tym, że elementy zbrojenia muszą być oblane betonem o grubości co najmniej 5 cm, który musi do nich przylegać bezpośrednio.
Wyprowadzenie bednarki
Uziom fundamentowy mimo wielu korzyści wymaga również zachowania pewnych zasad, które sprzyjają nie tylko lepszej efektywności systemu, ale także zachowaniu wyższego poziomu bezpieczeństwa. Uziom tego typu składa się z oczek o wym. 20 m x 20 m, stanowiąc metalowy pierścień (siatkę) opasający budynek wzdłuż fundamentów pod ścianami nośnymi. A w określonych sytuacjach również pod ścianami wewnętrznymi lub po prostu w poprzek, gdy ściany zewnętrzne mają większe wymiary. Znając zasady tego modelu, należy pamiętać, że skrajne węzły (oczka) takiej siatki powinny być umiejscowione w obrębie zejścia przewodów odprowadzających systemu odgromowego. Z kolei szyny lub zaciski uziemiające i wyrównawcze powinny znajdować się na wyższych kondygnacjach, a więc ponad skrajnymi lub wewnętrznymi węzłami siatki uziomu fundamentowego.
Na potrzeby systemu odgromowego wyprowadzenie bednarki wewnątrz budynku (np. garaż, kotłownia, pomieszczenie gospodarcze) powinno być sztywne, skierowane pionowo ponad posadzkę oraz zabezpieczone przed korozją. Wyprowadzenie bednarki wewnątrz budynku jest rozwiązaniem praktycznym, ponieważ pozwala na łatwiejsze połączenie z szyną uziemiającą budynku, co bezpośrednio przekłada się na sposób poprowadzenia instalacji elektrycznej.
Drugi sposób (mniej popularny) wyprowadzenia bednarki polega na wyniesieniu jej z fundamentu ponad poziom terenu tuż przy ścianie budynku, by później połączyć ją z przewodami odprowadzającymi. Wówczas należy pamiętać o bezwzględnym zabezpieczeniu antykorozyjnym, które powinno obejmować bednarkę zarówno w głąb betonu, jaki i w górę (w obu przypadkach po kilkanaście centymetrów), aby uniknąć narażenia na korozję wynikającą ze styku z gruntem. Zabezpieczenie wykonuje się, używając taśmy antykorozyjnej lub masy bitumicznej, do tego warto dodać ochronę mechaniczną, czyli umieścić bednarkę w rurze osłonowej.
Złącza kontrolne
Łączenie komponentów systemu odgromowego nierozerwalnie wiąże się z zagadnieniem złączy kontrolnych. Uziom fundamentowy również powinien posiadać pakiet złączy w celu dokonywania okresowych pomiarów wartości rezystancji uziemienia oraz sprawdzenia stanu technicznego elementów w wybranych punktach instalacji odgromowej.
Lokalizacja złączy kontrolnych najczęściej obejmuje elementy na zewnątrz budynku, szczególnie w przypadku uziomu otokowego czy szpilkowego. Natomiast współczesne standardy budownictwa bazują na łączeniu przewodu uziemiającego z szyną uziemiającą (GSU) budynku. Jest to rozwiązanie bardzo praktyczne oraz ekonomiczne, jednak wciąż istnieją budynki posiadające złącza kontrolne na zewnątrz, podobnie jak obiekty, gdzie ochrona odgromowa opiera się jednocześnie na uziomie fundamentowym i szpilkowym.
Złącza kontrolne instalowane na zewnątrz budynku umiejscawia się na przewodach odprowadzających (prowadzonych np. na ścianie lub wzdłuż rur spustowych) – zwykle na wysokości od 1,0 m do 1,8 m nad poziomem gruntu. Aby zabezpieczyć je przed bezpośrednim wpływem czynników atmosferycznych oraz zapewnić estetyczny wygląd elewacji, złącza te montuje się w dedykowanych puszkach probierczych (podtynkowych). Alternatywnym rozwiązaniem jest lokalizacja złącza bezpośrednio w gruncie, w przeznaczonej do tego studzience kontrolnej. Niezależnie od wybranego sposobu montażu, kluczowe znaczenie ma łatwa dostępność złącza, umożliwiająca szybkie i bezproblemowe przeprowadzenie pomiarów rezystancji oraz ocenę stanu technicznego instalacji.
Z jakich materiałów skonstruować uziom?
Uziom fundamentowy, aby spełniać wymagania zgodne z obowiązującymi normami technicznymi powinien być skonstruowany w oparciu o materiały wyróżniające się trwałością, odpornością korozyjną oraz kompatybilnością elektrochemiczną z elementami konstrukcyjnymi obiektu budowlanego. We współczesnym budownictwie nie dąży się do stosowania jednego „idealnego” metalu, ale do optymalnego doboru materiałów, które pozwolą uniknąć korozji galwanicznej, a tym samym zachować trwałość instalacji odgromowej. Wieloletnia praktyka wykonawcza pokazuje, że najpopularniejszym i racjonalnym pod względem ekonomicznym materiałem jest stal ocynkowana ogniowo, a w miejscach newralgicznych – stal nierdzewna.
W uziomach fundamentowych stal węglowa (tzw. czarna) zatopiona w betonie jest naturalnie chroniona przez wysokie pH betonu, dlatego w ramach uziomów naturalnych wykorzystuje się stal zbrojeniową. Uziom sztuczny wykonuje się najczęściej z bednarki ocynkowanej. Jednak należy pamiętać, że w miejscach przejścia z fundamentu do gruntu, gdzie powłoka ocynku może zostać uszkodzona, uziom jest narażony na przyspieszoną korozję. Dlatego w punktach wyprowadzeń na zewnątrz fundamentu oraz w miejscach połączeń z Główną Szyną Uziemiającą (GSU) wewnątrz budynku, zaleca się stosowanie stali nierdzewnej (typu V4A), która w takim środowisku jest odporna na korozję, a ponadto bezpiecznie łączy się z innymi elementami stalowymi bez ryzyka wywołania ogniwa korozyjnego.
Typowe błędy wykonawcze
Prace budowlane oraz elektrotechniczne zawsze są obarczone ryzykiem popełnienia błędu tak na etapie projektowania, jak i realizacji. W związku z tym należy dołożyć wszelkich starań, aby zminimalizować to ryzyko poprzez stosowanie się do wytycznych norm technicznych oraz konsultacji ze specjalistą z branży odgromowej.
Do typowych błędów wykonawczych uziomu fundamentowego zalicza się:
- rzadkie rozmieszczenie punktów połączeniowych uziomu ze zbrojeniem,
- zbyt małą miąższość masy betonowej wokół elementów metalowych,
- brak kontaktu uziomu z gruntem przez izolację wodną fundamentu,
- nieprawidłowe (poziome) ułożenie bednarki utrudniające jej pełne otulenie betonem i mogące pogorszyć trwałość oraz ciągłość układu uziemiającego,
- brak połączenia z szyną uziemiającą budynku (GSU),
- niewystarczająca ochrona połączeń kontrolnych.
Warto mieć świadomość, że funkcjonowanie uziomu opiera się przede wszystkim na utrzymaniu stabilnej ciągłości elektrycznej obwodu w kontakcie z gruntem oraz ochronie mechanicznej i korozyjnej. Te dwa aspekty eliminują zdecydowaną większość potencjalnych błędów.
Kontrola jakości uziomu fundamentowego
Wbrew pozorom, kontrola jakości instalacji odgromowej w części uziomu nie może być przeprowadzona wyłącznie po zakończeniu budowy, tj. tuż przed oddaniem do użytku obiektu budowlanego. Sprawdzenie prawidłowego wykonania piorunochronu powinno polegać na bieżącej weryfikacji (kontroli), aby ustrzec się typowych błędów, szczególnie w przypadku uziomu fundamentowego, który jest zalewany masą betonową.
Kontrola jakości powinna obejmować:
- sprawdzenie stabilności elementów połączeniowych zbrojenia z bednarką;
- prawidłowość wyprowadzenia bednarki – lokalizacja, dostęp, ochrona korozyjna;
- ochrona antykorozyjna elementów uziomu – wewnątrz i na zewnątrz fundamentu;
- sporządzenie dokumentacji fotograficznej – na potrzeby odbioru technicznego budynku.
Warto podkreślić, że kontrolę jakości pod kątem pomiarów elektrycznych wraz ze sporządzeniem protokołu wykonuje wyłącznie elektryk posiadający aktualne (ważne 5 lat) świadectwo kwalifikacyjne wydane przez uprawnione komisje kwalifikacyjne – grupa G1 (elektryczne), zakres E (eksploatacja) i D (dozór).
Podsumowanie
Bazując na wieloletnim doświadczeniu wykonawczym, nie ulega wątpliwości, że uziom fundamentowy rzeczywiście jest bardzo dobrym rozwiązaniem dla nowo budowanych obiektów budowlanych. Jako uzasadnienie tej tezy można wymienić m.in. wysoki poziom bezpieczeństwa, relatywnie nieduże koszty inwestycji oraz bezobsługowość systemu i trwałość konstrukcji przeważnie równa trwałości budynku.
Uziom tego typu, mimo że uchodzi za najłatwiejszy w montażu, musi spełniać wymagania norm branżowych jak PN-EN 62305, PN-EN 62561 oraz PN-HD 60364-5-54. W praktyce wykonawczej prosty uziom fundamentowy powinien tworzyć prostokątny pierścień, stanowiąc całość wraz ze zbrojeniem żelbetowego fundamentu.
Ponadto, wykonawca musi uwzględnić wyprowadzenie bednarki oraz dodanie złącz kontrolnych, a także zastosować produkty z materiałów najwyższej jakości – certyfikowane, o wysokim poziomie przewodności elektrycznej oraz odpornych na różne rodzaje korozji. W celu uniknięcia typowych błędów wykonawczych, każda realizacja uziomu fundamentowego powinna odbywać się zgodnie z zapisami projektu oraz przejść kontrolę jakości wykonaną przez uprawnionego elektryka.
[FAQ] AN-KOM odpowiada na pytania klientów dotyczące wykonania uziomu fundamentowego
Czy uziom fundamentowy może zostać wykonany w każdym nowym budynku?
Nie. Możliwość zastosowania tego typu uziomu jest uzależniona w głównej mierze od konstrukcji fundamentu, rodzaju zastosowanej izolacji termicznej czy warunków gruntowych. Każdy przypadek powinien być rozpatrywany indywidualnie, najlepiej poprzez konsultację ze specjalistą techniki odgromowej.
Czy samo zbrojenie fundamentu może pełnić funkcję uziomu?
Tak, ale pod warunkiem zapewnienia trwałej ciągłości elektrycznej oraz wykonania odpowiednich połączeń zgodnie ze sporządzonym projektem.
Co zrobić, gdy fundament jest odizolowany od gruntu?
W takim przypadku najczęściej projektuje się dodatkowy uziom mający bezpośredni kontakt z gruntem. Popularnym rozwiązaniem w takim przypadku jest zastosowanie np. uziomu otokowego.
Czy uziom fundamentowy trzeba połączyć z główną szyną uziemiającą (GSU)?
Tak. Połączenie uziomu z GSU budynku umożliwia wykonanie niezbędnych połączeń wyrównawczych oraz minimalizuje ryzyko wystąpienia niebezpiecznych różnic potencjałów.
Jak sprawdzić uziom, zanim zostanie zalany betonem?
Przede wszystkim należy przeprowadzić oględziny konstrukcji zbrojenia i uziomu w celu kontroli ciągłości elektrycznej połączeń. Ponadto trzeba wykonać dokumentację fotograficzną.