ТИСЭ на песке

Вода вещество хитрое, но мы как-то совсем ушли от темы. А тема была о возможности морозного выпирания водонасыщенного песка из-под пятки фундамента. Проблема тут в том, что хотя и объемное расширение у насыщенного водой песка (у поверхности) не велико порядка 5%, но под подошвой ленточного мелко заглубленного фундамента расширение может идти не только вверх вниз (это обратимый процесс), но и в бок, а это уже не обратимый процесс и будет накапливаться. И эффект этот будет тем сильнее чем мельче заложен фундамент и тяжелее дом.

 

Geolog197, в принципе убедительно... вынужден признать не правоту свою... для воды...

 

В том и штука, что песок никуда не денется. Происходит отжатие воды и перемещение ее от фронта промерзания. Песок цементируется льдом, в поровой воде возникает напор, превышающий силы взаимодействия воды с частицами грунта, который и приводит к отжатию воды. Поэтому объем замерзшего песка равен его первоначальному объему. Это доказано множеством исследований в 1929-1963 гг. (С.Тебер, И. Я. Баранов, Н. А. Цытович и др.).

 

Давайте сначала разберемся с «цементируется». Лед это жидкость и он прекрасно течет. При краткосрочной нагрузки марка льда может быть 100 кг на см2, а при долгосрочной практически равна нулю. В результате мерзлый грунт (за счет расширения) будет более текучем (меньше сухое трение), чем до замерзания. Именно по этой причине сила морозного пучения на глубине не превосходит 2 кг на см2, а у поверхности достигает 5 кг на см2. Расширение льда и появление сил пучения сопровождается текучестью льда. По это причине сила морозного течения зависит от скорости промерзания (или градиента температуры в грунте). Лед как жидкость очень вязок, и его смещения (текучесть) сопровождаются и выносом всего, что в него вмерзло (ледники двигают огромные камни). По этой причине я не понимаю почему при выдавливании замерзшей воды из под основания фундамента, на котором стоит тяжелый дом не может происходит и вынос песка. Да какое-то количество льда возможно фильтруется (как жидкость) сквозь песок, но сомнительно что все ограничивается только фильтрацией.



Полевые исследования это очень интересно, но с Ваших слов не ясно, что именно исследовалось. Пучение? Да оно не велико, это и так понятно. Но исследовался ли вынос грунта по горизонтали? Если вынос есть, то даже будучи малой величины такой вынос будет накапливаться.

 

Evgenyvt, а вот скажите, вытеснению грунта в бок разве не будет препятствовать наличие пусть и другого грунта с этого самого боку? Надо полагать, такое необратимое вытеснение будет лишь при преодолении несущей этого грунта? Получается, что замена грунта под фундаментом на ту саму подушку, изначально призванную повысить несущую под опорой, одновременно в боковом смещении будет играть отрицательную роль?

 

Исследовался механизм промерзания грунтов разного состава, причем не только полевыми, но и лабораторными методами.

Выдавливается не лед, а именно вода. То, что Вы написали происходит в ледниках на протяжении тысяч лет, но никак не под фундаментом за мимолетные полгода.

Нет. Текучесть - реологическое свойство льда, которое проявляется в ледниках, при огромных давлениях. Где в МО ледники?
Песок имеет пористость 30-40%, при замерзании, будучи водонасыщенным, он становится аналогом песчаника с реологической прочностью примерно 5 МПа (моментальная прочность на порядок выше), текстура при этом - массивная, что говорит о небольшой льдистости. Откуда тут течение льда? Кстати в незамерзшем состоянии несущая способность песка существенно меньше, поэтому зимой он не испытывает дополнительных нагрузок от фундамента, даже с учетом веса снега. А перенос песка именуется суффозией и к морозным процессам не относится. Песчаный грунт не может быть оползневым, он может только выплывать при большом гидродинамическом давлении (только мелкий и пылеватый) при образовании области пониженных давлений и возможности его выхода.
И еще: пучение всегда происходит только вверх. Не забывайте, что вокруг тоже есть грунты, которые тоже хотят замерзнуть.

 

Разумеется будет, и чем глубже тем сильнее будет препятствовать. Очевидно, тут большое значение имеет нагрузка на грунт под подошвой ленты. А вот если вокруг глина, у которой и так небольшое внутреннее сухое трение, а при промерзании во влажном состоянии будет и того меньше, то выдавливание из под основания фундамента будет сильнее.

 

Пример текучести льда.

 

В полностью замкнутом абсолютно жестком сосуде давление которое создаст замерзшая вода более 100 кг на см2. Совсем не маленькое давление, несущая песка около 10кг на см2. Так что выдавит играючи.

 

Эх... попробую еще раз вмешаться... на счет реологического и больших давлений с одной стороны, и примера текучести льда на картинке с другой.
Сдается мне, что первый вариант возможен, но не он в ледниках и их сползании играет роль... и пример с картинки как раз тому подтверждение...
Дело в том, что на границе лед-твердая поверхность при температурах выше -100 по Цельсию всегда присутствует жидкий слой... мы как раз у себя на кафедре этой проблематикой занимаемся... Так вот слой этот в случае на картинке и сползания ледников играет роль жидкой смазки. При нормальном давлении толщина его не велика - порядка 8 атомных расстояний (по нашим оценкам). Но это жидкость... и такой слой есть на контакте любого твердого со льдом. Даже кристаллики льда в снеге имеют его. Он сам по себе может течь (чем кстати объясняется что снег имеет плотность равную плотности монокристаллического льда уже на глубине порядка 40 см). Так что текучесть льда в песке безусловна, но огромные давления тут могут быть вовсе и не при чем...

 

Вроде и свободные капли, но очень маленькие могут не превращаются в лед даже при очень низких температурах.

 

Тут другой эффект... переохлаждение никто не отменял... я говорю про длительное замораживание и уже замерзший лед

 

Другой, но он в общем ряде весьма не тривиального поведения воды при температуре ниже замерзания. Именно по этой причине я и не советовал бы строить тяжелые каменные дома на мелкозаглубленных фундаментах самодеятельным способом (без профессионального проекта). А вот при опоре на грунт ниже промерзания рисков, связанных с промерзанием грунта нет.

 

Это условия закрытой системы, когда внизу есть мерзлота. В МО это условие не выполняется, система открытая. Еще раз про механизм пучения. Грунт замерзает сверху, смерзается с предметом (столб, фундамент, на важно), при этом замерзает физически связанная вода, приводящая к увеличению объема грунта. Предмет поднимается за счет сил сцепления, которые его скрепляют с грунтом и сил, возникающих при кристаллизации воды, под него затекает отжимаемая из пор гравитационная вода. Она замерзает, образуя ледяную пробку. Потом грунт оттаивает, при этом он уплотняется (ведь вода становится жидкой и покидает увеличенные поры), структурные связи частиц нарушены, влажность высокая, что приводит к его текучести и подтягиванию под предмет. Если предмет тяжелый, этого может не происходить (как с фундаментом). Но в песке нет физически связанной воды, если он не пылеватый, поэтому он не пучится.

Согласен.

 

То о чем Вы пишите связано со сложным поведением жидкости на границе с другими телами, где существует тонкий не замерзающий слой и движение воды в этом тонком слое. Тут объемное расширение, за счет «подсасывания»жидкости может быть сколь угодно большим (теоретически). В песке этого нет, с этим никто и не спорит. Но и простого расширения жидкости (чистой) при замерзании никто не отменял. И оно не маленькое (10 процентов - коэффициент объемного расширения при замерзании). Если песок водонасыщен, т. е. при пустотности 50% на один литр песка приходиться пол литра воды, то при замерзании такой грунт будет расширяться на 5% в объеме, и расширяться он будет во все стороны. И, как я понимаю, при замерзании будет проявлять свойство текучести, т. е. расширяться туда, где меньшее сопротивление, т. е. из под фундамента.

Вы тут сами себе противоречите. С одной стороны Вы фактически утверждаете, что достаточно заменить пучинестый грунт на «не пучинестый» песок и про пучение можно забыть, с другой соглашаетесь с профессиональным проектированием. Тут что-то одно или – или.