Морозное пучение — одна из главных причин, по которым могут разрушаться конструкции зданий и сооружений. Пропитывающая грунт вода при понижении температуры ниже нуля замерзает. В результате грунт увеличивается в объеме и выталкивает наверх сваи фундамента. Происходит этот процесс очень неравномерно. В результате цоколи и стены зданий начинают растрескиваться из-за сил внутреннего натяжения.
Методы строительства фундаментов
Чтобы предотвратить разрушение, при строительстве домов сваи закладывают ниже уровня промерзания грунта, то есть на очень большую глубину. В проект здания могут включаться также и другие мероприятия, направленные на защиту конструкций от пучения грунта из-за мороза. Все это значительно удорожает строительство домов и других сооружений на фундаменте.
Разработка пермских ученых
Ученые пермского политеха придумали, как предотвратить разрушение домов из-за морозного пучения и при этом удешевить процесс строительства. Специалисты института разработали математические модели, позволяющие просчитывать оптимальную конфигурацию свай фундамента. Методика позволяет определить нужную для противодействия пучению форму опор без необходимости увеличения их длины.
Пермские ученые уже запатентовали свою разработку, а также опубликовали результаты в научном журнале Journal of Physics: Conference Series. По словам аналитиков, с помощью их моделей можно создавать сваи такой конфигурации, что пучение не только не будет вредить фундаментам, но и начнет работать им на пользу. Благодаря особой форме сила пучения будет удерживать сваи от поднятия наверх.
Свая с конусным верхом
В своей работе ученые использовали цилиндрическую сваю с обратным усеченным конусом на конце. На ее примере специалисты создали математическую модель взаимодействия элементов фундамента с грунтом.
Разработка пермских ученых поможет рассчитывать оптимальные параметры сваи и угол наклона ее поверхностей. Необходимо это для того, чтобы обеспечить равновесие опоры в грунте и, соответственно, целостность всех конструктивных элементов здания.
Повышенная несущая способность сваи с конусным верхом уже была доказана ранее. Однако метод расчета оптимальной формы такой опоры учеными был представлен впервые. Для определения конфигурации сваи пермские аналитики создали специальный автоматизированный модуль. С его помощью проектировщики смогут получать готовые 3Д-модели и плоские изображения свай для чертежей после введения определенных начальных параметров.
Значимость разработки
На настоящий момент пермские ученые из политехнического института заняты разработкой свай других конфигураций, способных противостоять морозному пучению без необходимости увеличения длины и плоскости сечения.
По словам экспертов, представленная ими методика позволит значительно снизить стоимость строительства здания. Ведь на фундамент обычно приходится не менее 1/3 от общих финансовых затрат на возведение домов. По мнению специалистов, разработанную ими методику можно будет использовать при строительстве зданий в северных регионах нашей страны и в других государствах с холодным климатом. Актуальна технология при этом может быть при возведении сооружений как гражданского, так и промышленного назначения.
