Būvniecībā svarīgas ir augsnes īpašības, īpaši tas, kā dažāda veida grunts uzvedas zem slodzes un kā to ietekmē pašas ēkas. Ir īpaša disciplīna, kas pēta augsnes masu stiprību un stabilitāti un nosacījumus to izmantošanai par pamatiem konstrukciju celtniecībā. Apsvērsim, kas ir iekļauts augsnes mehānikas jēdzienā, kā pareizi aprēķināt augsnes parametrus.
Augsnes blīvums
Blīvums ir augsnes īpašība, ko nosaka īpatnējā smaguma attiecība pret tilpumu.Tas ir atkarīgs no augsnes mineraloģiskā sastāva, kā arī no dispersijas pakāpes, tāpēc māla augsnes ir blīvākas nekā smilšainās augsnes, neskatoties uz to, ka tām ir vienāds minerālais sastāvs.
Starp augsnes fizikālajām un mehāniskajām īpašībām blīvums tiek uzskatīts par vienu no galvenajiem. Par to stāvokli var spriest pēc raksturīgā blīvuma. Blīvuma noteikšana nepieciešama ceļu, ēku pamatu izbūves laikā (spriegumu sadalīšanai pa pamatni), ieklājot komunikācijas, aprēķinot nogāžu izturību pret nogruvumiem, uzcelto ēku nosēšanās, noteikt zemes darbu apjomu.
Blīvums ietekmē augsnes caurlaidību. Ja tas ir slapjš vai ar labu uzsūkšanas spēju, tad pēc ēkas uzcelšanas tas var sarukt, ziemā rodas vēl viena problēma - sals. Zinot, kāds ir augsnes blīvums, tas palīdzēs novērst ēkas iznīcināšanu vai applūšanu un izvēlēties piemērotus materiālus būvniecībai.
Daļiņu blīvums
Tā ir augsnes fizikālā īpašība, kas ir atkarīga no minerālu sastāva, organominerālajām un organiskajām vielām. Daļiņu blīvums ir cieto daļiņu masas attiecība pilnīgi sausā (bez mitruma) augsnē pret tās tilpumu ar netraucētu struktūru. Atkarībā no minerālu sastāva daļiņu blīvumu nosaka augsnes strukturālās saites un struktūra, porainība. Jo vairāk minerālvielu augsne satur un mazāk porainības, jo tā ir blīvāka.
Pamatojoties uz daļiņu blīvuma vērtību, tiek noteiktas stiprības un deformācijas raksturlielumu vērtības, kuras izmanto, lai novērtētu grunts nestspēju un to izmantošanas iespēju konstrukciju celtniecībā.
Augsnes mitrums
Mitrums ir augsnē esošā šķidruma masas attiecība pret tās sauso masu. No šīs īpašības ir atkarīga augsnes nestspēja.Gandrīz visām augsnēm, izņemot rupjus akmeņus un rupjas smiltis, nestspēja samazinās, palielinoties mitrumam. Tātad ar ūdeni piesātinātam tas būs mazāks nekā sausam.
Mitrumu nosaka laboratorijā ar blīvēšanas metodi, tas ir, nosaka, pie kāda mitruma augsne iegūs vislielāko blīvumu. Raksturlielums ir izteikts procentos no 0 līdz 100%. Optimālais mitrums smiltīm ir 8-14%, smilšmālam - 9-15%, smilšmālam - 12-18% un mālam - 16-26%.
Novērtēšana
Granulometriskais jeb mehāniskais sastāvs ir dažāda lieluma daļiņu procentuālais saturs augsnē vai klintī neatkarīgi no to ķīmiskā un minerālā sastāva. Augsnes daļiņas ir izolētas iežu, minerālu, amorfo savienojumu un citu augsnes sastāvdaļu paliekas, kas atrodas ķīmiskā saitē. Līdzīga izmēra daļiņas tiek apvienotas frakcijās. Ir šādi augsnes mehānisko elementu veidi: organominerālie, organiskie un minerālie.
Augsnes lauksaimnieciskās ražošanas īpašības ir atkarīgas no mehāniskā sastāva, piemēram, mitruma un gaisa caurlaidības un aizturēšanas spējas, vielu kustības procesiem, uzkrāšanās un transformācijas procesiem, struktūras, siltuma un gaisa režīmiem.Un galu galā tas ir atkarīgs no tā, cik auglīga būs zeme gan ar pastāvīgu kultivēšanu, laistīšanu un mēslojumu, gan bez tiem.
Sausas augsnes blīvums
To definē kā absolūti sausas augsnes (bez mitruma porās) masas attiecību pret tilpumu, ņemot vērā poru tilpumu. Raksturlielumu mēra g uz kubikmetru. to var noteikt, ja ir zināms mitruma saturs un porainība. Aprēķini tiek veikti laboratorijas apstākļos.
Porainības koeficients
Koeficients parāda nelielu tukšumu klātbūtni augsnē. Aprēķināts kā procentuālā attiecība starp tukšumu tilpumu un kopējo tilpumu. Lai noteiktu vērtību dažādās augsnēs, tiek izmantotas dažādas metodes. Mālainās augsnēs, pateicoties kohēzijai, porainību nosaka saskaņā ar paraugā ņemtās augsnes tilpuma un īpatnējo svaru.
Porainības koeficienta noteikšana ir nepieciešama, gatavojoties būvniecībai, jo pastāv saikne starp to un citiem raksturlielumiem. Nestspējas līmenis ir atkarīgs no porainības indeksa; tas samazinās, porainībai samazinoties. Bez informācijas par porainību nav iespējams zināt grunts pretestības pakāpi vai noteikt iespējamo ēku deformējamību.
Ēku deformācija notiek augsnes daļiņu kustības un saspiežamības dēļ, piemēram, nokrišņu ietekmē. Nenozīmīgs un vienmērīgs mitrums nesamazina ēku stabilitāti, bet liels mitruma daudzums var radīt nevēlamas deformācijas. Nevienmērīgi nokrišņi ir vēl bīstamāki, tie var izraisīt pārvietošanos un sasvēršanos, kas rada pārslodzi nesošajās konstrukcijās. Ja grunts saspiežamība zem dažādām pamatu daļām nav vienāda vai slodze uz to ir atšķirīga, bieži var saskarties ar ēkas deformāciju plaisu un iegrimšanas veidā.
Mitruma līmenis
Šī ir augsnes dabiskā mitruma attiecība pret mitruma saturu, kas atbilst mitruma saturam, kad poras ir piepildītas ar ūdeni, kurā nepaliek gaisa burbuļi. Augsne ar rādītājiem no 0 līdz 0,5 tiek uzskatīta par zemu mitrumu, mitru - no 0,5 līdz 0,8 un ar ūdeni piesātinātu - no 0,8 līdz 1. Māla augsnes bieži ir mitrākas, smilšainās augsnes ir attiecīgi sausas.
Kalkulators augsnes parametru aprēķināšanai
Ēku projektēšanā tiek izmantoti dažādi aprēķinu modeļi, ko izmanto dažādas sarežģītības augsnēm. Vispārējiem uzdevumiem galvenais novērtējums ir nestspēja, kas atklāj pamatu stiprības un deformācijas īpašības. Tomēr pamata aprēķinu modeļi var palīdzēt tos aprēķināt konkrētiem uzdevumiem.
Lai vienkāršotu aprēķinus, veidojot projektu, tiek izmantota Prandtl formula, kas palīdz aprēķināt augsnes nestspēju. Lai noteiktu pamatnes stabilitātes un stiprības pakāpi un noteiktu iespējamo deformāciju, nepieciešams noteikt sprieguma pakāpi. Šim nolūkam var izmantot vienādojumus, kuru pamatā ir lineāra sakarība starp spriedzi un deformāciju, piemēram, Huka likumu. Tādējādi slodze uz pamatu nedrīkst būt lielāka par augsnes galīgo pretestību.
Aprēķins tiek veikts, pamatojoties uz nestspēju, lai noteiktu iespējamo ēkas stabilitātes zudumu, iznīcināšanas raksturu, deformācijas pakāpi un tās veidu. Tiek aprēķināts arī stāvoklis, kurā var būt apgrūtināta normāla darbība, samazinās ēkas ilgmūžība, jo iespējama iegrimšana, sasvēršanās utt.
Augsnes fizikālās īpašības ir noteicošās īpašības, pēc kurām var noteikt augsnes stāvokli un iespēju mainīt parametrus dažādu fizikālo un ķīmisko faktoru ietekmē.
Lai noteiktu grunts veidu un tās uzvedību kā būvniecības pamatu, projektēšanas lēmumiem nepieciešamās īpašības, priekšnoteikums ir fizikālo un mehānisko īpašību noteikšana ar laboratorijas metodēm.
