Грунтоведение

 

Прочность грунтов

 

 

 

Редко можно встретить человека, ничего не слышавшего о падающей Пизанской башне. Эта башня, как магнит, притягивает тысячи любопытных туристов, давая большой доход магистрату и жителям г. Пизы. Вообще говоря, по архитектуре она весьма обычна для Италии. Таких башен в этой стране десятки, и многие из них более красивы и высоки. Славу она приобрела из-за того, что уже в период строительства стала наклоняться.

 

 Прошло 800 лет, но башня все еще продолжает опасное движение. В настоящее время южная часть фундамента ушла на 170 см глубже северной. Сейчас вершина башни отклонена от вертикальной оси более чем на 4 м. Когда смотришь на башню на фоне движущихся кучевых облаков, то кажется, что она вот-вот упадет. Недавно инженер-геотехник Г. Камфорт произвел расчеты и сделал такой вывод: если башня не изменит скорость своего наклона, то она простоит до 2780 г.

 

В сущности, Пизанская башня — великолепный памятник, увековечивший строительную ошибку. Она заключается в том, что не были учтены грунтовые условия. Под одной из сторон башни оказалась слабая глина, что привело к неравномерной осадке фундамента и послужило причиной наклона.

 

Нужно сказать, что пизанское «чудо» — не уникальное явление. Такие падающие башни есть в ГДР, Великобритании, Румынии, КНР и в других странах. Всего таких башен насчитывается более 40. В Советском Союзе известны подобные наклонные сооружения в Таганроге, Москве, Казани и в других местах. Широкой известностью среди них пользуется дозорная башня в г. Невьянске. При высоте 60 м она отклонилась от вертикальной оси на 2 м.

 

К сожалению, в оценке свойств грунтов иногда ошибаются и современные строители. Так, в одном из городов было возведено пятиэтажное здание. Простояв месяц, дом рухнул. К счастью, никто не пострадал. Оказалось, что был неправильно запроектирован фундамент и не учтена неравномерность в распределении грунтов.

 

С одной стороны, строители имеют дело с прочными материалами, из которых возводятся здания, а с другой — с грунтами, которые часто оказываются малопрочными. Действительно, постройки возводятся из бетона, реже кирпича и дерева. Бетон способен выдерживать давление 30—50 МПа, в то время как грунты часто разрушаются при давлениях 0,2—0,5 МПа.

Соотношение явно не в пользу грунтов. Их прочность оказывается в 50—250 раз меньшей. Только скальные грунты (такие, как гранит, базальт, кварцит) в 2—10 раз прочнее бетона. Вот и получается в большинстве случаев, что конструкция здания гораздо прочнее, чем основания.

 

Для расчета и возведения наземных частей зданий строитель имеет точные формулы и уверен в прочности материалов. Сложнее положение с грунтовым основанием. Здесь не всегда ясны механические характеристики, степень однородности и ряд других особенностей грунтов. Решение этих вопросов и возлагается на грунтоведов и инженеров-геологов.

 

Восточные сказания повествуют, что когда-то народы, населяющие равнину в стране Сеннар, в бассейне рек Тигр и Евфрат, решили построить такую высокую башню, чтобы ее вершина достала до «самого неба». В этих местах камень весьма дорог, поэтому башня строилась из обожженных глиняных кирпичей. Как известно, башню так и не удалось построить.

Предание имеет определенные исторические основания. В те времена в этом районе находилась древняя столица шумеров — талантливого народа, создавшего высокую самобытную культуру. Они строили крупные города и совершенные системы орошения. Ими были также сооружены ступенчатые пирамиды со срезанной вершиной. Одна из таких пирамид была раскопана археологами. По сохранившимся описаниям и обнаруженным остаткам стен установлено, что она имела семь ярусов и достигала высоты около 90 м. Как видно, эти сооружения и нашлн свое отражение в библейских сказаниях о Вавилонской башне.

Но нас интересует другой вопрос: какую по высоте башню могли бы построить в Вавилоне? Прежде всего следует учесть, что здесь местность сложена мощными толщами песка и глины. Для того чтобы определить, какой наибольшей высоты могла бы достигнуть башня, необходимо знать, какой вес может выдержать такая песча- но-глинистая толща. В таких случаях говорят, что необходимо установить прочность грунтов.

 

Что же это такое — прочность грунтов? Давайте попробуем строить какое-либо здание. Чем выше будут подниматься его этажи, тем больший вес придется на каждую единицу площади грунта. Если начертить схему нашей постройки ( 37), то легко м»жно увидеть: по центральной оси будет действовать вертикально направленная сила тяжести Р. Но если отступить в сторону от оси, то здесь эта сила, по закону физики, будет раскладываться на две составляющие. 0;Ша из них — вертикальная N. Она сжимает грунты сверху вниз, вызывая погружение здания в грунт или, как говорят, осадку.

Вторая — горизонтальная составляющая Т. Она старается выдавить грунт из-под фундамента здания. Если продолжать строительство, то вес здания будет расти, а с ним увеличиваться и эта горизонтальная сила. Когда она станет больше, чем прочность грунта, то произойдет разрушение основания. Грунтовая масса выдавится из-под здания, и оно, наклонившись, рухнет.

 

Вот поэтому-то для грунтоведа очень важно определить прочность грунта, характеризуемую сопротивлением сдвигу (или выпиранию под действием горизонтальной силы).

 

Однако вернемся к Вавилонской башне. Итак, чем выше она будет подниматься, тем больше будет становиться ее вес и соответственно возрастать действие вертикальной и горизонтальных сил.

Проведенные археологические раскопки показали, что вавилонские башни-пирамиды были квадратной формы. Крупнейшие из них имели стороны длиной 100 м. При таких размерах площадь основания составлял 10 000 м2.

В грунтоведении известно, что вес постройки, приходящийся на 1 м2 песчано-глинистого грунта, не может быть больше 30-Ю5 Н. Если вес окажется более значительным, то величина горизонтальной силы станет опасной. Возводимая башня окажется под угрозой обрушения из-за выпирания грунта из-под ее подошвы.

 

Для того чтобы установить предельную высоту вавилонского сооружения, необходимо, чтобы ее вес был не более 300 000 Н (площадь башни, умноженная на предельный вес, приходящийся на 1 м2, т. е. на 30 Н). Вспомним, в сказании говорится о постройке из кирпича. Известно, что 1 м8 кирпичной кладки весит около 7«103 Н. Если учесть, что под вавилонскими пирамидами устраивали сплошные фундаменты, и сделать расчеты (мы не затрудняем ими читателя), то легко убедиться в том, что максимальная высота башни быть больше 100—150 м. Эта величина далека от библейского желания достать «до неба». Как мы говорили выше, строителям древности удалось возвести крупнейшую башню-пирамиду дв 90 м, не достигнув при этом максимальной высоты. Возможно, что древние зодчие интуитивно почувствовали, что выше возводить нельзя.

Из нашего рассказа следует, что, прежде чем строить жилой дом, промышленный цех или здание электростанции, строители должны получить от грунтоведов сведения о прочности грунтов.

 

 

 Смотрите также:

 

ГРУНТЫ - строительные свойства и классификация грунтов

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям.

 

ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ. Способы закрепления...

Искусственное преобразование грунтов предполагает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение водопроницаемости, сжимаемости...

 

СВОЙСТВА ГРУНТОВ. Классификация грунтов

Скальные грунты подразделяются на разновидности в зависимости от предела прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии, по степени размягчения в воде...