В России появятся сваи, устойчивые к вспучиванию грунта
Свайные фундаменты — оптимальное решение для многих типов грунтов (слабых, болотистых), где классические типы оснований не справляются. Их широко используют в регионах с сезонным промерзанием почвы из-за опасного явления — морозного пучения. Такой эффект приводит к постепенному выдавливанию опор и может вызвать деформацию и разрушение конструкций. Существующие способы их защиты не всегда эффективны: утепление не спасает в морозы, дренаж не снимает давление льда, а замена грунта слишком дорога. Ученые Пермского Политеха разработали коническую сваю, которая снижает объем материала, необходимого для изготовления на 40%, и превосходит по надежности традиционные цилиндрические аналоги на 30%.
Большинство современных домов стоит на свайных фундаментах, которые представляют собой конструкцию из глубоко погруженных в грунт столбов-свай, передающих нагрузку от здания на плотные подземные слои почвы. Такой фундамент особенно востребован на слабых, болотистых и пучинистых грунтах, где традиционные ленточные или плитные основания неэффективны. Его применяют при строительстве многоэтажек, промышленных объектов, мостов и в сейсмически активных регионах — везде, где требуется максимальная устойчивость и надежность.
Основная его задача — пройти через неустойчивые верхние слои земли и закрепиться в глубоких плотных пластах, обеспечивая стабильность всей конструкции. Однако в условиях сезонного промерзания возникает серьезная проблема — морозное пучение. Это природное явление, при котором вода в почве замерзает, расширяется и создает мощное давление, действующее на опорные столбы со всех сторон. Лед буквально цепляется за боковые поверхности и тянет их вверх, словно пытаясь выдернуть столб из земли. Этот процесс повторяется ежегодно: зимой свая приподнимается, весной опускается, но не возвращается полностью на место. Постепенно в сооружениях происходят деформации, что в конечном итоге может привести к перекосу фундамента и разрушению.
Современные методы защиты показывают ограниченную эффективность, поскольку воздействуют только на отдельные аспекты проблемы. Утепление свай замедляет промерзание окружающего грунта, но не обеспечивает защиту при экстремально низких температурах. Дренажные системы способны отводить грунтовые воды, но не могут нейтрализовать давление уже образовавшегося льда на боковые поверхности опоры, а полная замена пучинистого грунта требует высоких затрат.
Ученые Пермского Политеха впервые разработали сваю, верхняя часть которой имеет форму конуса, расширяющегося книзу. Если традиционный аналог похож на гвоздь, который легко вытащить, то новая разработка работает как якорь: чем сильнее мерзлая почва пытается ее вытеснить, тем плотнее ее коническая часть цепляется за землю.
Представьте, что вы пытаетесь вытащить из земли не гладкий столб, а конструкцию с «плечами». Когда грунт замерзает и пытается вытолкнуть опору вверх, эти «плечи» (наклонные поверхности конуса) упираются в промерзшую землю и создают силу, которая тянет ее вниз. Пучащийся грунт оказывает давление на наклонную поверхность конуса и удерживает сваю от подъема. Тем не менее, чтобы найти идеальную, самую эффективную и при этом экономичную форму, ученые использовали сложное математическое моделирование и метод множителей Лагранжа.
— Для эффективного противодействия выталкивающим силам мы провели оптимизацию двух основных параметров опоры. В результате установлено, что радиус верхнего основания конической части 0,139 метра обеспечивает сопоставимую устойчивость при пучении по сравнению с традиционными сваями диаметром 0,3-0,4 метра. Высота конуса составила 1,2 метра, что соответствует условиям устойчивости в талом и мерзлом грунте. Однако ключевое отличие заключается в оптимальном сочетании характеристик: при стандартной высоте мы получаем значительно уменьшенный диаметр основания при сохранении несущей способности, — рассказала Ольга Третьякова, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Оптимизация этих параметров позволила достичь максимального защитного результата при сокращении объема материала до 0,642 м³ на одну сваю. Это означает, что при неизмененных всех прочностных показателей и стандартной высоты опоры ученым удалось значительно снизить материалоемкость за счет оптимального размещения массы и рациональной геометрии.
Для проверки эффективности решения исследователи провели математическое моделирование работы опоры в условиях, максимально приближенных к реальным.
— Расчеты показали, что новая конструкция снижает объем необходимого для изготовления материала почти на 40% при одновременном повышении несущей способности. При этом оптимальная геометрия обеспечивает равномерное распределение нагрузок по всей длине сваи и противостоит выталкиванию. А рациональный подход при их производстве приводит к значительной экономии без потери прочности, — рассказала Ольга Третьякова.
Эти инженерные преимущества напрямую влияют на практические аспекты строительства. Данная свая надежнее традиционных цилиндрических опор почти на 30% в зависимости от степени пучинистого грунта. Это позволяет снизить стоимость фундамента, увеличить срок службы и упростить монтаж. Для компаний такое решение означает надежность без переплаты, а для жителей — безопасность зданий и сооружений. Подход особенно важен для объектов на Крайнем Севере, в зоне вечной мерзлоты, обеспечивая защиту без дополнительных затрат на дорогостоящие материалы и технологии.
Статья опубликована в журнале Construction and Geotechmics. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно