Выбор фундамента, экспресс метод геологии. Расчет фундамента самостоятельно.

Прежде чем приступить расчёта фундамента, хочу рассказать о том, какими они бывают.

Типы фундаментов

Например, это столбчатый фундамент. Он распространён в виду своей невысокой стоимости. Также широко распространены монолитные ленточные фундаменты. Преимущественно их делают малозаглубленными. Часто монолитная лента дополняется кирпичным цоколем.

В последнее время широкое распространение получили фундаменты на металлических столбах или сваях. Их популярности способствует высокая скорость возведения и относительно невысокая цена.

Также довольно часто встречается фундамент плита. Такой фундамент обладает огромной несущей способностью, хотя и довольно дорог в производстве.

Наиболее рациональным фундаментом с точки зрения использования полезной площади участка считаются цокольные этажи. Поскольку они позволяют получить дополнительную жилплощадь. Но к сожалению, пониже они и являются самым дорогим типом фундамента.

Также в своей практике мы встречаем такие фундаменты, которые нельзя однозначно отнести к какой-нибудь определенной классификации, но их тоже строят. Все эти фундаменты разные, но кое-что их всё-таки объединяет.

Подготовка к предварительному расчету

Поэтому сегодня мы будем говорить о предварительном расчёте фундамента. Практически каждая семья мечтает о загородном доме или даче. И вот однажды вы принимаете решения, а не пора ли нам построить свой дом. И ещё на стадии подготовки к строительству у вас возникнут десятки вопросов.

Но один из самых главных вопросов по которой вам предстоит ответить: Какой фундамент выбрать для вашего дома. И от правильности принятого вами решение будет зависеть построить или вы дом своей мечты. Либо в результате у вас получится развалюха, которая станет одним из самых больших ваших разочарований и чёрной дырой для ваших финансов.

Для любого застройщика выбор очевиден. Но откуда же тогда берутся развалюхи?

Для начала немного теории.

Любой дом, независимо от его конструктива, имеет свой вес. И своим весом дом создает нагрузку, которую передает на грунт у основания фундамента. Грунт в свою очередь сопротивляется этой нагрузке. И пока сила сопротивления больше нагрузки от веса дома, дом находится в стабильности.

Доставка земли в Старый салтов по этой ссылке.

Но, если сопротивление грунта меньше нагрузки от веса дома — то дом начнет постепенно проваливаться или тонуть в грунте. К сожалению процесс этот протекает неравномерно. Вызывает деформации фундамента и как следствие растрескивание стен дома.

Неимоверная сила пучения

Ещё одна особенность наших грунтов, которые отрицательно влияют на фундамент наблюдается в холодное время года. В зимний период температура воздуха понижается до отрицательных значений. При этом верхняя часть грунта промерзает.

Частички влаги, содержащиеся в грунте, превращаются в лёд. При замерзании вода расширяется и давит на основание фундамента. Сила давления такова, что может поднять даже самый тяжёлый дом.

Всё бы ничего, но к сожалению процесс этот протекает также крайне неравномерно. И деформирует фундамент, что приводит к растрескиванию стен дома. Назвали это явление морозным пучением грунта.

Физический опыт

Давайте разберемся, чем обусловлено морозное пучение грунта. Плотность воды при замерзании примерно 1 тонна на метр кубический. А вот плотность льда примерно 0,92 тонны на метр кубический.

То есть при одном и том же количестве вещества, объём льда будет больше, чем объем воды. Если мы возьмем 1 кубометр воды (это куб с грянями 1 м) и заморозим его. Вода превратится в куб льда больших размеров.

И размер этого прироста мы сейчас с вами посчитаем. Нутем нехитрых математических вычислений, становится понятно, что объем прироста составляет 88,5 мм.

С высотой возможного подъема грунта мы разобрались. Но ещё более интересно, каково же давлении возникающие при замерзании воды?

Лед в процессе замерзания может создать в замкнутом объеме давление до 200 Мпа. Это означает, что в кубическом сосуде объемом 1 дм кубический, с крышкой — поршнем площадью равной всего лишь одной сотой на квадратный метр. Лёд может развить усилие 2 мега ньютона. То есть поднять на крышке груз около 200 тонн!

Только представьте себе: кубик с гранью 10 см, замерзая способен поднять на себе 200 тонн! Это просто чудовищное давление. Бороться с таким давлением бесполезно. К нему нужно приспосабливаться.

В качестве наглядной демонстрации сил, возникающих при замерзании воды, хочу продемонстрировать вам один физический опыт. И так нам понадобится полый цилиндр с крышкой поршнем. И устройство для зажима прутка.

Мы охладили в воду до 8 градусов цельсия, поскольку при этой температуре она имеет максимальную плотность. Заливаем воду в цилиндр и одеваем крышку поршень. Далее мы вставляем в наше устройство металлический пруток, толщиной примерно 10мм. Теперь нам необходимо охладить цилиндр. Для этого нам понадобится лёд и соль.

Дело в том, что температура полученного рассола будет отрицательной. Примерно минус 3 минус 4 градусов Цельсия. Постепенно вода в цилиндре начинает замерзать и давить на крышку поршня, который в свою очередь давит на металлический пруток. Прут толщиной с палец сломался, как будто этот карандаш. Наверное, в это трудно поверить. Но это чудовищное усилие, которое сломало металлический стержень развил всего лишь маленький цилиндр.

В пучинистом грунте воды конечно же намного больше. Точно так же, как этот металлический стержень, вода и мороз способна сломать фундамент дома.

Как пучение рвет бетонные плиты

В следующем событии я покажу вам, как на первый взгляд добротно построенный дом не пережил и первой своей зимовки. В этом доме фундаментом является монолитный цокольный этаж. То что, вы видите это не стяжка это монолитная плита толщиной 350 мм. Чтобы искусственно сломать такую плиту нужно очень постараться. Но вода и мороз делают это с легкостью.

Трещины, которые вы сейчас видите являются не поверхностями. Это сквозной разлом. Местами раскрытие трещин составляет больше чем сантиметр. Вначале хозяева просто не поверили в происходящее. И попросили рабочих раздолбить часть плиты. Для того, чтобы убедиться в том, что арматура заложена.

И как вы можете убедиться — арматура на месте. Двойная сетка армирования. И несмотря на это плита лопнула. Можно было бы предположить, что при строительстве использовался плохой бетон. Но на самом деле это не так. Бетон заводской, марки м350.

Разрыв стен

Поскольку конструкция монолитная, деформация плиты потянула за собой деформацию стен. Ну и как следствие их активное растрескивание. При детальном осмотре стен цокольного этажа мы обнаружили наличие трещин практически во всех элементах конструкции.

Но поскольку стены цокольного этажа является фундаментом для стен самого дома, то трещины разумеется, перешли на стены дома. Стены дома имеют довольно сложную структуру. И если честно, я даже с трудом представляю, как теперь их можно будет утеплить. И сделать этот дом пригодным для эксплуатации.

Местами раскрытие трещин стен дома просто катастрофическое. Монолитное цокольное перекрытие выглядит целым. Но на самом деле оно тоже сломалось.

Думаю, увиденные вами кадры убедительно доказывают, что к морозному пучению грунта нужно относиться серьезно.

Боремся с пучением, заглубляем фундамент

Так как же нам приспособить фундамент к морозному пучению грунта. Для этого существует несколько способов. Самый надежный и очевидный из них это заглубить основание фундамента ниже глубины промерзания грунта.

Для демонстрации такого фундамента идеально подойдет монолитная лента с основанием ниже глубины промерзания. На сегодняшний день это самый надёжный тип фундамента.

Здесь всё просто. Если грунтов у основания фундамента не будет промерзать, фундамент будет стабилен. На этот фундамент будут конечно же действовать касательные силы морозного пучения грунта. Но как правило они ему не вредят.

Утепление фундамента

Второй способ борьбы с морозным пучением грунта — это предотвратить промерзание грунта под основанием. На этой диаграмме изображён малозаглубленный фундамент с утепленным цоколем и также утепленной отмосткой. В качестве утеплителя используется экструдированный пенополистирол.

Обычно тепловых потерь через цокольное перекрытие бывает достаточно для того, чтобы предотвратить промерзание грунтов у основания фундаментов. Всё зависит от количества тепловых потерь и от мороза на улице. Так что этот метод не является самым надёжным. Кроме того, обогревать улицу в наше время довольно накладно.

Мелко заглубленный фундамент

Третий способ борьбы с морозным пучением грунта требует самого серьезного подхода к расчету фундамента. Суть его состоит в том, что нам необходимо построить плавающий малозаглубленный фундамент. И прочности которого будет достаточно для того, чтобы от воздействия неравномерных нагрузок сил морозного пучения грунта на фундамент.

Типичным представителем такого вида фундаментов является монолитная армированная плита с ребрами жесткости. Такой фундамент, если он правильно рассчитан и правильно сделан, будет двигаться вместе с грунтом. Но при этом не будет изменять свою форму и не будет деформироваться. А значит и не будет деформироваться дом, который будет на нём стоять.

К сожалению такие фундаменты чаще всего неремонтопригодны. И если ошиблись строители или архитектор, то такой дом скорее всего придётся снести.

Рассчитываем вес дома

Для того, чтобы рассчитать фундамент нам нужно знать вес дома. Как мы можем это сделать? Ну и конечно же самая важная проблема не в том, что у нас нет таких весов, которые могли бы взвесить дом. Гораздо большая проблема в том, что у нас и дома-то пока что еще нет. Мы его только лишь собираемся строить.

Для того чтобы узнать вес будущего дома производят специальный расчёт, который называется сбор нагрузок. Практически все элементы конструкции любого дома можно описать как прямоугольный параллелепипед. Взять, например, стену дома. Она имеет высоту, толщину и ширину. Но если перемножить все эти величины, то мы получим объём фигуры. А зная объём фигуры и его плотность можно вычислить массу.

Давайте рассмотрим конкретный пример такого расчёта. Нам понадобится план фундамента, вид сверху и разрез дома. Нам необходимо рассчитать нагрузку от фундамента дома. Предположим, что фундамент будет монолитный ленточный. У нас есть три перегородки по 9 м. И две перегородки по 6 м. Общая длина всех фундаментных лент составит 39 м.

Толщина фундаментной ленты составляет 0,3 м или 30 см. Общая высота ленты вместе с цоколем 2,1 м. Плотность монолитного железобетона составляет 2500 кг на метр кубический.

Перемножив все эти величины получим нагрузку от веса фундамента дома. 64 тонны. Коэффициент надёжности для конструкций, возводимых на строительной площадке 1,3. Таким образом с учётом коэффициента надежности расчётная нагрузка составит 79,85 тонн.

Сбор нагрузок

Аналогично мы рассчитываем нагрузку от всех элементов и конструкций нашего дома. Полученные данные сводим в таблицу, которая называется сбор нагрузок. Это таблица включает в себя постоянные и временные нагрузки.

Постоянные нагрузки — это такие нагрузки, которые не изменяются с течением времени. К постоянным нагрузкам относят фундамент, стены дома, цокольная перекрытие, межэтажное перекрытие, если оно есть конструктивно, чердачное перекрытие, перегородки, кровля и фронтоны. Если они конечно присутствуют конструктивно.

Временные нагрузки. Это такие нагрузки, которые могут изменяться с течением времени. К временным нагрузкам относят полезную нагрузку на перекрытие. Это вес от снеговой нагрузки, которая для каждого региона своя. И вы можете её найти в открытых источниках, например, в интернете.

Также к временным нагрузкам относятся ветровая нагрузка. Но в данном расчёте мы учитывать не будем. Итогом сбора нагрузок является расчётное значение суммы всех постоянных и временных нагрузок с учетом коэффициента надежности. В нашем случае это 161,28 тонн.

Итак, нагрузку мы выяснили теперь нам необходимо узнать, какой грунт находится в основании нашего фундамента. Для того чтобы рассчитать фундамент необходимо знать сопротивление грунта находящегося в основании фундамента. Но мы не знаем какой там грунт.

Самый простой способ узнать это обратиться к профессионалам и заказать геологию. Но можно произвести и самостоятельные исследования.

Геология своими руками по экспресс методу

Мы будем определять грунт с помощью экспресс метода. Этот метод основан на тактильных ощущениях и визуальным изучение образцов грунта для самостоятельного исследования грунта вам понадобится обычный садовый бур небольшого диаметра. И удлинительная штанга.

При помощи этих инструментов необходимо пробурить одну или несколько скважин на месте строительства будущего дома. Глубина скважин зависит от параметров будущего дома. И должна быть не менее глубины промерзания при строительстве одноэтажного дома без цокольного этажа. 3,5 — 4 м при строительстве дома из тяжелых материалов или двух трехэтажного дома без цокольного этажа. 4 — 5 м при строительстве дома с цокольным этажом.

Образцы грунта нужно брать с каждых 25см проходки. А после достижения глубины промерзания грунта с каждых 50 см. Образцы верхнего слоя плодородной почвы брать не нужно.

Образцы собираются в небольшие емкости, на которых водостойким маркером обозначается номер скважины и глубину взятие образца. Полученные образцы используем для исследования грунта с помощью экспресс-метода. Описание этого метода сводятся в таблицу.

Существует 4 способа определения грунтов. Растирание на ладони. Изучение через лупу. Определение состояния грунта в сухую или влажную. А также определение способности скатываться в шнур. Именно с него и советуем начать.

После того как вы исследуете грунт всеми четырьмя способами, данные соберутся в одну из строк в этой таблице. А в первом столбце этой строки как раз и будет название определённого вами грунта.

Итак с типом грунта мы определились. Теперь нам необходимо определить глубину промерзания грунта. Глубина промерзания берём из таблички.

Геологическое исследование показало, что у нас основания фундамента суглинок. Поскольку находимся в Харьковской области. На пересечении находим значение глубины промерзания на данном грунте. Это 0.8 м. Как видите здесь всё просто.

Расчетное сопротивление грунта

Далее нам необходимо определить расчетное сопротивление грунта. По сути это характеристика прочности грунта находящегося в основании фундамента. Которая показывает предельную нагрузку. После превышения которой грунт начнёт деформироваться и проседать.

Для того, чтобы вычислить расчетное сопротивление грунта нам нужно ввести такое понятие как р нулевое. Р нулевое это сопротивление грунта для фундамента с глубиной заложения 2 м и шириной подошвы 1М. Это эталонная величина. И использовать R 0 как расчетное сопротивление грунта для фундамента с другими параметрами нельзя.

Уже рассчитанные значения R 0 для различных грунтов сведены в специальную таблицу. Но важно научиться правильно ей пользоваться. Определённый нами ранее суглинок относится к пылевато глинистых грунтам. Но в таблице их целых три. Какой из них наш?

Коэффициент пористости грунтов

Дело в том, что на расчетное сопротивление грунта огромное влияние оказывает коэффициент пористости. Сразу должен предупредить, что этот коэффициент мы самостоятельно сможем определить только с некоторой долей допущения.

Коэффициент пористости показывает отношение объема пор к объему твердых частиц грунта. Чем выше значение показателя, тем более рыхлый грунт. Пористость грунта носит неравномерный характер.

И вот почему. Зимой частички воды, содержащиеся в грунте, замерзают и верхний слой представляет из себя плиту промерзшего грунта. Толщина этой плиты определяется уровнем промерзания грунта. Эта плита всей своей массой давит на грунт, которые находятся ниже глубины промерзания грунта. Таким образом уплотняя его.

Сама же плита весной тает. Кристаллики льда снова превращаются в воду и уходят в более нижние слои, оставляя после себя пустоты или поры. Таким образом минимальный коэффициент пористости будет у грунтов, находящихся ниже глубины промерзания грунта. А у поверхности грунта будет с максимальным коэффициентом пористости.

В нашем случае глубина промерзания составляет 1,1 м. А глубина заложения фундамента полтора метра. То есть мы гарантированно находимся ниже глубины промерзания грунта. А значит и коэффициент пористости берём минимальный в нашем случае это 0,5.

Влажность грунта

Теперь нам нужно определиться сухой у нас грунт или влажный. Предположим, что наши геология показала, что суглинок влажный. Для влажного суглинка с коэффициентом пористости 0,5 R нулевое будет составлять 2,5 кг на сантиметр квадратный.

Расчетное сопротивление грунта

Далее нам необходимо получить расчетное сопротивление грунта для фундамента с нашими параметрами. Расчетное сопротивление грунта R вычисляется по следующим формулам. При глубине заложения фундамента менее 2 метров по формуле номер один.

При глубине заложения более 2 м по формуле номер два. В нашем случае глубина заложения фундамента 1,5 м. Поэтому мы используем формулу номер один. Подставляем наши значения в формулу.

Для определенного нами грунта R нулевое составляет 2,5 кг на см квадратный. Далее необходимо найти коэффициент К1. Коэффициент К1 равен для пылеватых песков (это не строительный песок для штукатурки), супеси, суглинков равен 0,05. Это значение мы берём.

Расчёт фундамента

Далее Б. Б это ширина фундамента в см. В нашем случае она 30 см.

Ну и наконец Д. Д в нашей формуле — это глубина заложения фундамента, также в сантиметрах. У нас оно составляет полтора м или 150 см. Подставляем данные в формулу.

Итак, расчетное сопротивление грунта в основании нашего фундамента составило 2,11 кг на сантиметр квадратный. С расчетным сопротивлением грунта мы разобрались. Теперь нам необходимо приступить непосредственно к расчету фундамента.

Итак к этому моменту мы выяснили, что грунт у основания фундамента — влажный суглинок. Расчетное сопротивление грунта 2 целых 11 сотых килограмма на сантиметр квадратный. Глубина промерзания грунта 1,1 м. Глубина заложения фундамента полтора метра. Тип фундамента ленточный. Ширина ленты 30 см. Расчётная нагрузка 161,28 тонны.

Расчет площади основания фундамента

Рассчитаем площадь основания фундамента. Для этого длину всех фундаментных лент умножить на ширину ленты. Площадь основания нашего фундамента равна 11,7 м квадратных. Или 117 000 квадратных сантиметров.

Остается понять, какое давление вес дома оказывает на грунт основания фундамента. Для этого мы и расчетную нагрузку, полученную при сборе нагрузок должны поделить на площадь основания фундамента.

Полученное значение 1,38 кг на сантиметр квадратный. Теперь чтобы понять выдержит ли дом нашу расчетную нагрузку, мы сравним расчёт на основание. И нагрузку в нашем случае всё получилось.

Расчетное сопротивление грунта больше давление на грунт в основании нашего фундамента. А значит и фундамент будет стабильный. Условия выполняются, расчет может быть закончен.

Добавить комментарий