Фундаменты и фундаментные подушки

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Да, это моделируется, выполняется теплотехнический расчет грунтового основания в нестационарной постановке, и расчет деформаций грунтового основания с учетом морозного пучения.

 

@SkayUoker74, Согласен с Вашим тезкой, @Dgar33, пусть будет в одной теме.

 

Тогда продолжим в этой теме, и рассмотрим расчет оснований и фундаментов с учетом морозного пучения.
Вопросы будут рассмотрены серьезные, поэтому нужно обозначить некоторые основополагающие моменты.

Во первых, не устану подчеркивать, что строительство – это наука. Соответственно, для описания каких-либо явлений наука использует научные методы и научные термины. Научные методы в «концентрированном виде» - это расчеты, формулы, табличные данные и вычисляемые значения, а никак не умозаключения обывателей на основе нескольких наблюдаемых зим и своего личного домика.
К слову, в нашей стране существует (и применяется) не менее 9-ти только аналитических методик расчетов на морозное пучение, постараюсь их тоже кратко затронуть. Кроме этого – есть зарубежные методики, а также наиболее современное численное моделирование методом конечных элементов.

Во вторых, как очень правильно заметил @urok, современный жилой дом - это давно не сруб на четырех валунах, а полноценное инженерное сооружение, с современными системами отопления, освещения, водоснабжения, вентиляции, кучей модной электроники, построенное из современных красивых строительных и отделочных (теплоизоляционных, гидроизоляционных и т. п.) материалов. Очень тщательно люди выбирают себе отделочников, плиточников, штукатуров, ищут грамотных и надежных электриков, сантехников – чтобы качественно, надежно и красиво реализовать задуманный дизайн.
А вот вопросы заглубления фундамента, утепления фундамента, пучения фундамента – зачастую решаются либо перезакладом по материалам, либо наоборот, недостаточно прорабатываются по материалам, либо вообще этим вопросам не уделяется внимания.

Опять же не устану повторять, что без нормальных изысканий даже в частном строительстве мы, инженеры – слепы, и никто ничего внятного не скажет и не посоветует, не обладая хотя бы минимальным комплексом данных.
Проще говоря – можно и сэкономить, и все тщательно рассчитать, и пучить не будет. Но – для этого надо потратиться на:
1. Изыскания.
2. Инженерные расчеты/проектирование.

 

Морозное пучение грунтов – это внутриобъемное деформирование массива грунта при промерзании вследствие кристаллизации воды, способствующей разуплотнению минеральной части и образованию ледяных включений, обусловливающих увеличение объема.

Неучет морозного пучения при проектировании фундаментов может приводить к недопустимым, как правило, неравномерным перемещениям и серьезным повреждениям зданий и сооружений.

 

Основными причинами неравномерного пучения грунтов являются:

• неоднородность состава и сложения грунтов;
• неравномерное увлажнение грунтов или их различная обводненность поверхностными или подземными водами;
• неравномерность промерзания грунтов.

В несвязных крупнозернистых грунтах (пески, крупнообломочные породы с песчаным заполнителем) механизм морозного пучения может быть представлен моделью увеличения объема гетерогенной системы за счет расширения (при фазовом переходе) одного из компонентов – воды. В связных (глинистых) грунтах механизм пучинообразования обусловлен сложным комплексом процессов тепловлагообмена, основная роль в которых принадлежит их кинетике и характеру перераспределения связанной (пленочной) влаги в промерзающем грунте. Наиболее опасными с точки зрения морозного пучения являются именно глинистые грунты.

На фото - частицы песка, и частицы глины.

 

Следует учитывать, что морозное пучение резко изменяет физико-механические свойства грунтов при оттаивании, именно поэтому в соответствии с СП 22.13330.2016 глубина заложения фундаментов зависит от расчетной глубины промерзания грунта.
Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

1) предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов;
2) выполнена замена грунта непучинистым материалом на глубину промерзания.

Пучение грунтов обусловливает развитие давления в зоне промерзания. Различают следующие виды восприятия силового эффекта морозного пучения:

• касательные силы пучения;
• нормальные силы пучения.

Далее - опишу механику процесса, с видеоиллюстрацией.

 

Ну если в одном, тогда это место в 17 году создавалось вот здесь: https://www.forumhouse.ru/threads/404766/

Тема оказалась интересной - там, Дмитрий, кстати могут встречаться и повторы и альтернативные мнения.

Думаю стоит добавить, Дмитрий, что и замораживание и оттаивание грунтов очень часто увязано с инсоляцией и розой ветров к примеру - при этом могут иметь значение даже особенности констукции фундаментов/цоколей.
Часто эти незаметные вроде бы детальки обеспечивают неравномерное замерзание и/или оттаивание комплекса грунты/фундаменты.
Например пока с южной стороны грунты с фундаментами могут несколько дней подряд оттаивать/замерзать - с севера все это "счастье" может оставаться замерзшим.

Еще редко застройщик оценивает вероятность возникновения длительного морозного периода - а таковой случается раз в несколько десятилетий (и вот тогда то люди начинают задумываться - что за зверь такой это глубина промерзания).

Этот фактор, кстати, изрядно опасен для таких якобы все терпящих фундаментов как плитные - можно получить знакопеременные нагрузки краев плиты, которые справляются даже с немотивированно толстыми "монстрами".

 

В одном прощеДобавить бы еще сюда дренаж и водоотведение и получили бы краткое руководство к действию для "чайников" ,более менее понятным языком.
Слишком все разбросано по форуму.

 

Проблема в том, Dgar33, что ни один форум не расставил до сих пор темы так как они применяются в нормальном грамотном строительстве (это еще ФХ навстречу идет в этом вопросе - я несколько лет ставил вопрос по размещению изыскательского раздела хотя бы в "Фундаментах", спасибо администрации что вынули нас из самой зад..цы форума).

Только ведь люди сначала рассматривают планировки... и будь у нас на постсоветсвком пространстве профессиональное строительство это было бы нормально.
Но ведь люди за свои деньги только недавно стали требовательны - к исполнителям в первую очередь, но и к себе тоже.

Остается теперь лишь зарегулировать рынок таким образом, чтобы работы профи стали доступны по деньгам: я например легко даю скидку даже когда мне в работу поступает два участка в одном поселке - тем более когда снимается пять/десять участков или весь поселок... да таким образом легко в деньги за обычные ИГИ уместить меня, геолога и нашего Дмитрия @SkayUoker74 - и это на полном серьезе. А может еще и проектировщика, если условия окажутся схожими.
И застройщик тогда вообще получает "путевку в жизнь", имея в голове ясность а не кашу.

Конечно по хорошему поднятые вопросы застройщик должен бы решить до того, как он приступит к мыслям о фундаментах - что голову ломать, коли нет того в чем этим фундаментам жить и работать.
Соответственно и тема была сделана в изыскательском разделе.

Но не вижу ничего плохого в том, Dgar33, что и здесь будет похожая или даже дублирующая тема: народ по форуму бродит прихотливо и где это дело лучше "выстрелит" неизвестно.

 

К сожалению, с выбором участка тоже не все так легко. У меня не очень большой был. Либо на отшибе с неизвестностью по коммуникациям, либо грунты не очень и все в паре метров от забора. Понимая какие у меня грунтовые условия, начал планировать дом. И многие недоумевают, когда говорю, что будет каркасник. Начинаю объяснять про грунты и УГВ и в этот момент нужно видеть лица На форуме тоже встречаются люди, которые не хотят понимать взаимосвязь дом-основание.
Когда соседу предлагаю сделать совместными усилиями водоотведение, смотрит на меня большими глазами. Сам каждый год мучается с косметическим ремонтом фундамента.
А все знания я приобрел на форуме, бродя по темам. Так что пожалуй пусть будет в одном месте. Тем более тема уже в FAQ

 

@urok, Юрий, когда стал готовить текст - понял, что рассматриваемый круг вопросов настолько широк, что поверхностно пройтись не удастся...а тему ту читал, да. Хорошая тема. Но в моей - видео будет, да и я больше в сторону расчетов сворачиваю...

Кстати - встречал здесь историю, как один особо умный застройщик отлил себе плиту (вроде бы), около 2-х метров высотой, на нее поставил легонький каркасник, и - эту плиту сломали силы морозного пучения, из-за возникших колоссальных изгибающих моментов в сечении плиты. Если кто подскажет, где, в какой теме лежит эта история - буду благодарен, никак не могу ее повторно найти.

Вот именно. Геотехнический аудит, о котором упоминал, стоит 3-5 тыс. руб. за один участок, т. е где-то 10% от стоимости усредненных ИГИ для частника, которая составляет усредненно 30-50 тыс. руб. Но мне кажется, принудительным регулированием рынка не решить проблему невежества, когда люди, взрослые, далеко не бедные и наверняка неглупые - на полном серьезе заявляют, что не видят смысла тратить деньги на изыскания, не говоря уже о расчетах.
И вообще, триада "невежество-самонадеянность-жадность" дает форуму гораздо больше тем, чем наши скромные попытки ликбеза.

 

Итак, механика процесса.
Замерзая около фундамента, грунт примерзает к его боковой поверхности. Развивающиеся в зоне промерзания силы пучения стремятся переместить вместе с вышележащим слоем мерзлого грунта фундамент вверх, чему противодействуют его защемление в нижележащих слоях грунта и нагрузка от сооружения. Сопротивление смещению слоя мерзлого грунта относительно боковой поверхности фундамента обусловливает касательные силы пучения. Величина этих сил возрастает по мере увеличения площади контактных связей мерзлого грунта с фундаментом. Отсюда и совет - не экономить на нормальной опалубке, не лить фундамент без опалубки прямо в траншею. Есть даже рекомендации по снижению касательных сил при помощи специальных смазок - см.
«Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» НИИОСП им. Н. М. Герсеванова 1980 г


Схема воздействия касательных сил морозного пучения на фундамент анкерного типа.

Силы пучения, действующие перпендикулярно поверхности фундамента определяют нормальные силы пучения. Промерзание пучинистых грунтов под фундаментом (сооружением) обусловливает развитие нормальных сил пучения у его подошвы. Иногда такие нормальные силы называют еще лобовыми силами.

Схема воздействия лобовых и касательных сил морозного пучения на фундамент.

Если величина касательных сил пучения преимущественно не превышает 0,1 - 0,2 МПа (1 - 2 кгс/см2), то величина сил пучения, нормальных к подошве фундамента (лобовых), может достигать 0,5 - 1 МПа (5 - 10 кгс/см2, а в отдельных случаях и до нескольких десятков кгс/см2).

 

Процесс морозного пучения можно наглядно увидеть из этого эксперимента. Ролик относительно короткий, 4 минуты, но все показано очень наглядно:

 

Про аналитические методы.
Не касаясь специальных сооружений и их фундаментов, не касаясь зарубежных методик, можно упомянуть такие:

1. по методике СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»;
2. по методике СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» — применительно к талым грунтам;
3. по методике «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» (аналогичны, за исключением нескольких отличий, расчету из «Руководство по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ»);
4. По методике «Пособия по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83».

Первые 2 документа – действующие нормативы, включенные в перечень обязательных нормативных документов в области строительства в нашей стране.

 

Наиболее достоверным способом учета морозного пучения при проектировании фундаментов является численное моделирование методом конечных элементов, которое выполняется в два этапа: этап I – выполняется теплотехнический расчет (рис.1)

Рис. 1. Теплотехнический расчет грунтового основания в нестационарной постановке

и этап II – выполняется расчет напряженно-деформированного состояния (рис. 2).


В результате этих расчетов определяется состав и объем защитных мероприятий по предупреждению негативных последствий морозного пучения.

Иными словами - здесь форум бесплатных советов. Но если нужны не советы, а ответы - то для этого нужны будут расчеты. А вот уже для расчетов - нужны изыскания.