Механика грунтов как наука, её значимость в строительстве

Любое здание или сооружение стоит на фундаменте, при этом вид, габариты и материал фундамента будут зависеть от конкретных условий, которые включают нагрузку (само здание и полезная нагрузка), а также свойства грунтовых пород. Внешние нагрузки, создаваемые зданием (сооружением) и собственный вес грунта становятся причиной возникновения напряженно-деформированного состояния грунта, которое рассматривает дисциплина «Механика грунтов».

Механика грунтов

Памятники архитектуры, украшающие многие города и сохранившие на протяжении долгих лет свой первозданный вид, демонстрируют нам, что искусство возведения зданий требует точных расчетов и учета большого количества факторов. Одним из главных факторов, который обязательно принимается во внимание, является грунт, то есть основание, на котором планируется возведение здания. Скальные грунты являются крепким и надежным основанием, в то время как болотистая местность, наоборот, требует значительных затрат на первоначальное укрепление. Помимо типа основания также важно определить уровень грунтовых вод, способных нанести серьёзный урон.

Игнорирование таких важных показателей будущего места строительства как состав грунта и уровень грунтовых вод чреват трещинами в фундаменте и ограждающих конструкциях из-за возможного проседания грунта, вплоть до обрушения.

Грамотный учет свойств грунта является залогом прочности, устойчивости и долговечности зданий и сооружений.

Рисунок 1. Слои грунта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Виды оснований

Для определения состава грунта проводятся инженерно-геологические изыскания. С помощью буровой установки на глубину опускается режущее кольцо и измеряются глубины залегания каждого из слоев грунта. Буровая установка берет несколько проб, чтобы исключить вероятность попадания линзы другой породы.

Согласно классификации, грунты бывают:

• скальные- с жёсткими кристаллизационными и цементационными связями;
• дисперсные – с физическими, механическими, физико-химическими связями;
• мерзлые – с криогенными структурными связями.

По происхождению грунты подразделяются на:

• осадочные;
• техногенные;
• магматические;
• метаморфические;
• вулканогенно-осадочные;
• элювиальные.

По составу выделяют песчаные и глинистые грунты. От состава, структурных особенностей и физико-географических условий зависят и механические свойства грунтов. При этом каждая рассматриваемая ситуация уникальна и должна изучаться со всех сторон. Целью проведения изысканий является определение всех свойств, которые должны быть учтены при расчете фундаментов.

Лабораторные и полевые испытания позволяют наиболее точно оценить механические свойства конкретного грунта. Деформируемость и прочность грунта определяется с помощью одометра (к водонасыщенному образцу грунта прикладывают силу). Согласно результатам испытания строят компрессионные кривые, которые покажут, как менялась пористость при увеличении нагрузки и как происходил обратный процесс, после удаления нагрузки.

Модуль деформации грунта является одной из ключевых, искомых характеристик, он показывает уплотняемость грунта при нагружении. Модуль деформации рассчитывается с помощью компрессионной кривой, показывающей как приращение нагрузки влияет на приращение осадки. Этот метод часто ведет к получению заниженных значений, так как лабораторной образец, извлечен из грунта, что сопровождается уменьшением напряжения в толще образца и отсутствием давления в поровой воде. Поэтому предпочтительнее определение деформационных характеристик в полевых условиях. Для этого на дне шурфа устанавливают штамп и фиксируют изменения осадки грунта при увеличении прикладываемой нагрузки. Кривая штамповых испытаний продемонстрирует фактические свойства грунта.

Рисунок 2. Геологический шурф. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Прессиометр позволяет также оценить деформируемость грунта и его прочность, для оценки используется давление жидкости в баллоне, опущенном на дно шурфа. При увеличении давления жидкость начинает давить на стенки скважины, а датчики фиксируют характеристики уплотнения грунта.

Механика грунтов является частью модуля «Основания и фундаменты» и позволяет сформировать понимание того, какими свойствами обладают разные по составу и по типу грунты. Проведение студентами лабораторных испытаний позволяет лучше изучить механические свойства грунтов и оценить их деформируемость. Основы, заложенные в курсе «Механика грунтов» позволяют перейти к дальнейшему изучению фундаментов, которые и будут являться той самой деформирующей нагрузкой.