Сразу сделаю оговорку к заголовку: не пучится песок средней крупности и крупнее. Ранее я уже писал про морозное пучение, но здесь я бы хотел остановиться на самом механизме промерзания песка в свете комментариев от моих подписчиков в статье про песчаную подушку (ссылка на нее внизу).
Немного общей теории
Промерзание грунта вне зоны вечной мерзлоты происходит сверху вниз, причем лучше всего (быстрее и глубже) промерзают несвязные грунты (пески и крупнообломочные), хуже всего — глины.
Для развития морозного пучения, помимо мороза, нужна вода в грунте. В глинистых грунтах она есть почти всегда, пески могут ее не иметь совсем. Сухие пески и крупнообломочные грунты при промерзании становятся сыпучемерзлыми, т. е. их температура ниже нуля, но частицы не связаны между собой.
Теперь подробнее о том, как промерзает водонасыщенный песок.
Как мерзнет водонасыщенный песок
В самом начале я не случайно акцентировал внимание на размере частиц песка. Если они мелкие, тем более пылеватые, то способны задерживать воду физически (пусть и немного). Это приводит к тому, что вода при наступлении мороза не покидает поры и грунт пучится.
Вернемся к песку средней крупности. Размеры его частиц таковы, что почти вся вода, которую он может содержать — свободная гравитационная, т. е. перетекает исключительно под действием силы тяжести, не встречая сопротивления.
Замерзнуть может только вода при температуре замерзания, условно примем за 0 градусов, хотя соленая вода замерзает при минусовой температуре, равно как и находящаяся под давлением. До тех пор, пока вода не охладится до нужной температуры, она не замерзнет.
Итак, фронт промерзания движется вниз. Грунт становится твердомерзлым, и чем глубже он промерзает, тем большее давление возникает на фронте промерзания. Вода, которая не достигла нулевой температуры, свободно отжимается вниз. Можно возразить, что вода несжимаема, но порода — еще как (достаточно вспомнить как формируются напорные воды). Если уровень грунтовых вод находится в зоне промерзания, то он будет временно понижен просто за счет давления.
Навстречу фронту промерзания устремляется вода, достигшая нужной температуры, но не сплошным потоком, а капельками. Это можно сравнить с паром, если это понятие уместно под землей. Похожий процесс мы можем наблюдать в морозильнике, когда на его стенках намерзает шапка снега и льда.
Капельки намерзают, заполняя крупные поры (а в песке средней крупности они почти все такие). Получается из сыпучего песка монолитный «песчаник» того же объема, но со свойствами скалы. Разумеется, временно.
Песок в песчаной подушке
Теперь представим себе, что имеется песчаная подушка под фундаментом в зоне промерзания и нет утепления. Дренажа тоже нет, а вот воды — залейся. Подушка, наполненная песком и окруженная глинистым грунтом — это локальный "водоем". Объем воды будет равен объему пор, т. е. грубо 30-35% от объема всей подушки. Цифра может варьировать в зависимости от степени уплотнения песка.
Если быстро промерзнет вся подушка, то вода уйти не успеет из-за разницы в коэффициентах фильтрации песков и глин на 3-4 порядка. Учитывая еще одну закономерность, что чем больше глубина сезонного промерзания, тем выше скорость промерзания, в холодных районах такой сценарий может реализоваться.
При полном промерзании песчаной подушки, полностью заполненной водой, ее объем увеличится примерно на 3-4%. Это, конечно, не идет в сравнение с сильнопучинистыми глинистыми грунтами, но тоже может принести неприятности.
Статьи по теме: