|
Замки на песке
Представьте себе, что вы собираетесь строить дом на песчаном грунте. Несомненно, вам придет в голову известная притча о «безрассудном человеке», вздумавшем построить «свой замок на песке». В наказание за подобное «легкомыслие» после первого же дождя и ветра дом был разрушен. Отсюда пошло гулять по свету выражение «построено на песке». Эта крылатая фраза употребляется в тех случаях, когда хотят сказать о чем-нибудь необоснованном и непрочном.
Насколько верна подобная оценка песка? Всегда ли постройка на нем опасна?
На память приходит знакомая картина песчаного пляжа. При каждом шаге по сухому песку нога глубоко в него погружается. Движение по рыхлой золотистой поверхности песка требует значительных усилий.
Вспомните, с каким трудом связана езда по рыхлым песчаным дорогам. Колеса, не встречая твердого грунта, буксуют, погружаясь в песок, автомобиль безнадежно застревает.
Перелистывая страницы летописи строительного искусства, мы можем встретить не одно печальное описание разрушений зданий, мостов, плотин, построенных на песках.
Мы уже готовы «осудить» песок. Но подожди, читатель! Строителям не менее широко известно, что много тысяч домов, мостов, промышленных сооружений построено на песках и в России и за рубежом. Все они стоят многие годы прочно и нерушимо. Выходит, что песок — надежная опора для построек и притча напрасно его очернила. Мы пришли в тупик.
Поставленный вопрос оказывается не таким простым, как нам показалось вначале. Как у римского бога времени Януса, у песка оказывается два противоположных лица.
Чем же можно объяснить, что одна и та же песчаная порода ведет себя по-разному? Оказалось, что главная причина заключается в структуре песков, которая определяется взаиморасположением отдельных зерен. Возьмите стакан и наполните его песком. Если теперь вы постучите по дну и стенкам стакана, то песок уплотнится и в образовавшееся пустое пространство можно будет добавить новую порцию песка. Значит в одном и том же объеме песчаного грунта может содержаться разное количество зерен одного и того же размера. Объясним это явление на примере укладки биллиардных шаров.
Можно довольно легко обнаружить, что при различных способах укладки шаров будет изменяться пространство между ними. При этом самая плотная укладка будет такая, когда в углубление между двумя шарами располагается третий — верхний (рис.в). Как бы вы ни пытались, плотнее уложить шары не удается. Пористость (объем пространства между шарами, деленный на объем всей нашей модели) при такой их укладке будет наименьшей, равной 25,8%. Давайте теперь верхний ряд шаров разместим на нижнем так, чтобы опорой для них явились не впадины, а выступы нижнего ряда (рис. а). Легко убедиться, что при подобной укладке пористость будет максимальной. Независимо от размера шаров она окажется равной 47,6%.
Возможны и другие способы размещения шаров, но получаемая пористость всегда будет иметь промежуточные значения: меньше 47,6% и больше 25,8%.
Размещение зерен в породе в общих чертах напоминает расположение шаров. Оно лишь немного усложняется разнообразием форм песчинок. При этом несколько изменяются величины наибольшей и наименьшей пористости, а также количество промежуточных комбинаций. Но при всех условиях в песках выделяют два крайних случая: максимально плотной укладки (пористость 25—28%) и наиболее рыхлой (пористость 47—50%). На величину пор оказывают влияние размер зерен, их форма и характер сочетания песчинок.
При рыхлой укладке пористость тонкозернистых песков будет всегда выше, чем крупнозернистых.
При движении по плотным пескам нога человека почти не погружается в грунт, но в рыхлых песках она проваливается на каждом шагу по щиколотку, что происходит не столько за счет уплотнения, сколько за счет выдавливания песчинок из-под стопы в стороны.
Положим на поверхность песка какой-либо груз. Под - его тяжестью песчаный грунт начинает быстро уплотняться.
Этот процесс при ближайшем рассмотрении представляет собой уменьшение пористости. Ясно, что пески с рыхлой укладкой будут давать большее уплотнение, а плотные — меньшее. Когда строится здание, то осадка песчаного основания происходит по мере возведения постройки. С ростом уплотнения площадь соприкосновения возрастает, увеличивается сила трения между ними.
А ДАЛЬШЕ ... Зыбучие пески
Источник. Занимательная инженерная геология. Ларионов А.К., - М.: Недра, 1974. с. 20.
