Fondations et fondations sur pergélisol : calcul

Préservation de l'état du sol

Schéma de principe de la structure en coupe, tenant compte de la base

Cette option est appropriée pour une utilisation si :

• il y a une épaisseur importante de sol de pergélisol;
• les bâtiments émettent de grandes quantités de chaleur et sont de petite taille.

Le calcul et la justification de cette option ont été faits à la fin du siècle dernier. Désormais, il est généralement reconnu et permet de tirer le meilleur parti des hautes qualités constructives des sols pergélisols.

L'essence de ce principe est de préserver l'état d'origine du sol, à la fois lors de la construction de la structure et lors de son utilisation ultérieure. Ceci est acceptable étant donné la faisabilité économique de maintenir le sol dans son état naturel.

Il est plus facile que toute autre chose d'ériger des fondations sur des types de sols de pergélisol qui ne sont pas gelés par le plastique. En présence de tels sols, il est possible de réduire la température de la base aux valeurs requises. Lors du calcul des fondations posées sur des sols de pergélisol, la destruction et la déformation attendues sous charge sont prises en compte.

Dans ce cas, l'essentiel est d'éviter les modifications de la couche de pergélisol. C'est-à-dire, ne lui permettez pas de modifier ses propriétés à partir de la chaleur générée par le bâtiment utilisé. Par conséquent, le sous-sol est aménagé froid et bien ventilé (à travers les évents dans la partie sous-sol ou dans la zabirka).

Caractéristiques des sols de pergélisol

Les fondations érigées sur les sols de pergélisol (VG) ont leurs propres différences en raison des propriétés mécaniques particulières des fondations géologiques. Le signe du pergélisol est observé lors des travaux d'exploration dans les sols givrés, les couvertures plus épaisses, les zones de déplacements tectoniques.

La capacité portante du VG dépend des propriétés mécaniques du "ciment de glace", des changements de cycles de température et d'autres phénomènes. Pour calculer la fondation sur le pergélisol, il est nécessaire de réaliser un certain nombre d'études d'exploration géologique et de pergélisol.

Les sols de pergélisol sont maintenus ensemble par des liaisons glace-ciment pénétrantes, qui sont des veines de glace allongées qui traversent la masse de sol dans les plans vertical et horizontal. Au début de la saison chaude, les liaisons glace-ciment peuvent s'effondrer partiellement (tout simplement fondre). En conséquence, la capacité portante du sol de fondation diminue considérablement. Dans les zones avec de telles conditions, le sol est impropre à la construction.

Principes de conception des fondations des structures sur les sols de pergélisol

Aujourd'hui, les concepteurs utilisent deux méthodes principales pour concevoir des fondations sur des sols gelés pérennes (MM) pour calculer les fondations de fondation sur WG.

Première méthode

La méthode est basée sur le maintien de la température de l'eau-gaz, ne permettant pas au pergélisol de dégeler. Cette méthode de conception est utilisée pour les zones avec des couches épaisses de sols gelés pérennes. Les principes de base de la méthode ont été développés et mis en œuvre dans la deuxième décennie du XXe siècle. Bien que de nombreuses maisons et bâtiments dans des villes comme Irkoutsk, Tchita et Khabarovsk aient été conçus et construits selon ce principe à la fin du 19ème siècle.

Cette méthode repose sur les dispositions suivantes :

• la base de la fondation doit être immergée dans le pergélisol à une profondeur d'au moins 1 m;
• l'excavation est faite sous la fondation de manière à ce que les sinus formés soient remplis de sol non poreux;
• le remblayage le long du périmètre de la base de la structure en coupe transversale représente un trapèze orienté vers le bas avec le plus petit sommet ;
• les chantiers de construction doivent avoir une hauteur souterraine d'au moins 0,7 à 1 m;
• le long du périmètre du sous-sol, des ouvertures technologiques (bouches d'aération) sont aménagées dans les murs pour une ventilation constante de la pièce.

Schéma de la structure de la fondation du bâtiment selon le premier principe

Le but des évents est que, grâce aux trous traversants, le sous-sol soit constamment ventilé. Les courants d'air transportent de l'air chaud à l'extérieur et transportent des masses d'air à basse température. Il s'agit d'une sorte de réfrigérateur qui ne permet pas à la chaleur de la maison de pénétrer dans la base gelée. Le sol gelé maintient une température constante et ne perd pas sa capacité portante.

À la suite d'observations sur plusieurs décennies, il a été conclu que la limite du pergélisol sous le bâtiment se déplaçait vers le haut. Cela était dû au manque d'exposition au rayonnement solaire, l'activité vitale de la couche active (DS). La figure montre comment la bordure M.M change :

Modification de la bordure du toit M.M sous le bâtiment

La stabilité d'une structure conçue selon le 1er principe est déterminée par la formule :

K_cQ + K₁ (N + q)> K₂TF

Q est la force contre le flambement du sol ;

N est la charge totale du poids de la structure ;

T est le degré de gel du bord latéral de la fondation avec le sol;

q est la charge du bâtiment dirigée vers les bancs au sol ;

K_c - homogénéité à NT ;

K₁ - surcharge to-nt (valeur constante égale à 0,9) ;

K₂ - surcharge à NT due aux forces de soulèvement (valeur constante égale à 1,1) ;

F est la force de soulèvement tangentielle.

Deuxième principe

Cette méthode de conception des fondations des bâtiments sur VG permet un certain dégel du sol directement sous le bâtiment. Pour cela, deux méthodes sont utilisées :

• constructif;
• pré-construction.

Constructif

L'essence de la méthode consiste à calculer les structures porteuses des bâtiments et des structures avec une grande marge de sécurité. La conception permet un tassement inégal de la structure pendant de longues années de fonctionnement.

Déformations possibles de la structure dues à la formation d'un bol de décongélation

Ce phénomène crée des conditions de tassement inégal, ce qui, à son tour, peut menacer l'intégrité des structures de la maison. Pour éviter que cela ne se produise, les organisations de conception, lors du calcul des fondations, prévoient une certaine marge de sécurité.

Pré-construction

L'application de cette méthode de conception est due à un certain nombre de raisons :

1. Le sol gelé pérenne se compose de roches hétérogènes avec des taux de compression différents, à la fois gelés et dégelés.
2. La base de la structure sur toute la surface est exposée à un chauffage inégal (présence d'une chaufferie, etc.).

Il n'y a qu'une seule façon de résister au tassement inégal des bâtiments. Il est nécessaire de concevoir des structures porteuses avec une marge de sécurité suffisante. Pour cela, des ceintures de renforcement supplémentaires sont installées à partir de produits métalliques laminés de haut niveau.

Région de pergélisol

Ingénierie et études géologiques

Dans les calculs de la capacité portante et des caractéristiques structurelles des fondations des bâtiments et des structures sur le VG, les données des résultats des études géocryologiques sont utilisées. Les recherches sont menées par des organismes de conception spécialisés conformément aux documents réglementaires. Les documents normatifs comprennent les SNiP, Gosstandart et d'autres recommandations.

Les résultats des études géocryologiques comprennent :

• caractéristiques des données géocryologiques du chantier - la superficie et la profondeur du WG, la température moyenne, la hauteur du dégel saisonnier du sol, le niveau des eaux souterraines, etc.
• données provenant d'études en laboratoire et d'essais d'échantillons de sol sur le terrain. Sur la base d'eux, des conclusions sont tirées sur la propriété mécanique du sol à la fois à l'état gelé et dégelé, sous forme lithologique;
• les résultats de la prédiction de l'évolution du pergélisol et de l'état hydrogéologique du sol en fonction des variations saisonnières des températures, de l'épaisseur des chutes de neige, de la hauteur de la couche active.