Любое строительство на открытом воздухе связано с подготовкой основания из песка и щебня. Но зачем это нужно? Почему слои именно такой толщины, а не другой?
Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо вспомнить школьный курс физики. В частности, некоторые физические законы:
- Газы легко сжимаются. В нашем случае - объём воздуха легко сжимается. Вы можете это проверить, взяв ручной насос. Рукоять насоса легко перемещается в небольшом диапазоне, при закрытом выходном отверстии насоса. Только при сильном перемещении возникает сопротивление.
- Жидкости не сжимаются. Ну то-есть сжимаются, но при очень больших давлениях. В естественных природных условиях, для упрощения, можно утверждать, что вода несжимаема. Можете провести тот-же эксперимент с насосом, заполнив его водой и убедиться в этом. Переместить поршень насоса усилиями рук не получится.
- Вода при замерзании расширяется. Думаю, все знакомы с лопнувшими и вздутыми банками в следствии замерзания в них воды. В цифрах этот эффект можно показать так: Объёмный вес воды - 1000 кг/м3. Объёмный вес льда - 917 кг/м3. Вес, при замерзании, не может измениться, а вот объём растёт почти на 10%.
- "Поверхностное натяжение" воды, вызывающее "капиллярный подъём". Остановлюсь на этом немного подробнее, поскольку не все помнят эти физические явления.
Капиллярный подъём жидкости
Возьмём, к примеру, чашку кофе.
Если присмотреться внимательно, то жидкость у края чешки имеет небольшой подъём. Такой эффект вызван "поверхностным натяжением жидкости". Грубо говоря, жидкость притягивается к материалам с которыми соприкасается. В результате чего, в районе соприкосновения, появляется дополнительное боковое давление, приподнимающее жидкость.
Тот-же эффект можно наблюдать, поместив трубочку в жидкость. Чем тоньше трубочка, тем сильнее выражен эффект "поверхностного натяжения". В тонких трубочках он настолько силён, что поднимает жидкость выше уровня "зеркала" в основном сосуде. Такой эффект называют "капиллярным подъёмом жидкости".
Если поместить в жидкость много тоненьких трубочек, то они "всосут" значительный объём жидкости. В предельном случае - всю жидкость.
При проведении подобного эксперимента с котельными трубочками, надо учесть, что пластик обладает сопротивлением к смачиванию водой, поэтому лучше использовать подкрашенный спирт.
Тот-же эффект можно наблюдать, положив губку для мытья посуды в блюдце с водой. Губка "втянет" всю воду.
Тут важно отметить, что газы обладают тем-же свойством. Поэтому очень тонкая трубочка с воздухом, погруженная в жидкость, сохранит в себе воздух. Как её не погружай, вертикально или горизонтально.
Таким образом, поведение жидкость в пористых материалах, принципиально отличается от привычного нам. Внутри пористых материалов "зеркало воды" имеет очень условный смысл. Зачастую, говорить о "зеркале воды" просто бессмысленно.
В пористых материалах, не имеющих направленной структуры, "всасывание" воды равномерно во всех направлениях (в том числе и вверх). Причём, крупные поры, впитывающие жидкость, чередуются с мелкими, удерживающими воздух. То-есть важно соотношение пор разного размера. Что, в свою очередь, сказывается на поведении материала при замерзании.
Природные и строительные материалы
Рассмотрим свойства некоторых материалов, применяемых в строительстве и благоустройстве.
Бетон
Бетон - твёрдый, пористый материал. Чем меньше марка бетона, тем больше пор.
В бетоне влага распределяется равномерно во все стороны от точки смачивания.
Хорошо впитывает воду и предаёт её сквозь себя. Если на бетонный фундамент положить кирпичную кладку без гидроизоляции, то эта кладка будет пропитываться влагой, впитанной бетоном из земли. Бетон с лёгкостью поднимает воду на несколько метров.
С другой стороны, объём пропускаемой бетоном воды - не велик. Поэтому бетонные стены - хорошее препятствие для потоков воды. Размывание бетона - процесс медленный и занимает десятилетия (в зависимости от марки и присадок).
При промерзании влажного бетона, разрушается его твёрдая структура. Грубо говоря, ломаются перегородки между порами с водой и воздухом. Превращаясь в бетонную пыль. Скорость разрушения напрямую зависит от количества циклов промерзания. На поверхности бетона происходит десятки циклов промерзания в год (в Московской области). Поэтому разрушение поверхности происходит очень быстро. Например: за год, на бетонной дорожке ("голый" бетон без брусчатки), которую чистят от снега всю зиму, может полностью разрушиться слой в несколько миллиметров.
Бетон, соприкасающийся с землёй, принято покрывать различными вязкими мастиками, которые закрывают поры. Беда заключается в том, что "вода дырочку найдёт", а все вязкие вещества достаточно быстро твердеют. Такая защита кратковременна по сравнению со сроком службы бетона. И затвердевшая мастика разрушается по тому-же принципу. Поэтому, единственный действенный способ защиты бетона от разрушения - минимизировать поступление влаги в область расположения бетона. Гидроизоляция бетона - вспомогательная временная защита.
Основное предназначение фундаментов - предохранить постройку от различных негативных природных явлений. Подробнее об этом можно почитать в статье: "Фундамент загородного дома. Какой лучше? Преимущества и недостатки конструкций"
Корни растений значительно ускоряют разрушение бетона, проникая в поры и разрывая их. Кроме того, растения создают тень и уменьшают обдуваемость под своей кроной; чем ещё больше повышают влажность и создают условия для произрастания других растений (например мхов). Которые, в свою очередь, ещё активней заполняют корнями поры бетона и разрушают его.
Щебень и гравий
Гравием принято называть цельные округлые камни, получаемые отсевом от песка.
Щебнем обычно называют колотый камень.
Фракцией щебня/гравия называют диапазон размеров камешков.
Например:
- Щебень фракции 10/20 - колотый камень (с острыми краями) размером от 10 до 20 мм.
- Гравий фракции 20/40 - округлый камень размером от 20 до 40 мм.
- Щебень гравийный 20/40 - отсев из песка колотый до нужной фракции 20-40 мм.
Свойства гравия и щебня одинаковы. В дальнейшем, для простоты, я буду использовать общий термин - "щебень".
В Подмосковье распространены щебни:
- Гранитный - колотый гранит.
- Известковый - из камня известняк, добываемого в Подмосковье.
- Вторичный - колотый бетон.
- Гравийный - прочие сорта камня, обычно добываемые отсевом из песка.
Известняк - мел, быстро размокает и разрушается, поэтому в фундаментных и ландшафтных работах известковый щебень не применяется. Самый дешевый щебень.
Вторичный щебень - колотый, отслуживший бетон. Его свойства непредсказуемы, поскольку бетонная пыль в разных концентрациях и условиях может вести себя по-разному. Применять не рекомендую. Дешевле гранитного и гравийного щебня.
Гранитный и гравийный щебень абсолютно идентичны по свойствам. Ну может быть, гранит прослужит не одну, а пять тысяч лет... Применение гранитного щебня исключительно историческое: в Советское Время надо было обеспечить работой южные республики, поэтому оттуда везли гранит. А чтобы активнее его использовали, придумали специальные ГОСТы с обязательным их исполнением в некоторых видах строительства. До сих пор на территории СНГ, на любом бетонном заводе, выпускают параллельно бетоны на гравийном и гранитном щебне. Хотя разницы никакой, в масштабах тысячелетия.
Щебень - уникальный и дорогой материал. Это единственный сыпучий материал, который не имеет свойства "капиллярного подъёма воды". Поэтому он так ценен и незаменим.
Как самый дорогой из природных сыпучих материалов, его используют там, где нужно разорвать или уменьшить капиллярный подъём воды. В основном, непосредственно под слоем бетона.
Во всех видах дренажа, щебень - незаменимый материал, поскольку в его объёме вода протекает по тем-же физическим законам, что и на поверхности, то-есть в полном объёме течёт под уклон, не встречая сопротивления (при малых скоростях).
Для устройства дорожек без бетонного основания, щебень используют как самый нижний слой. Здесь он разрывает капиллярный подъём воды и выполняет функции дренажа одновременно.
При посадке растений на участках с высоким уровнем грунтовых вод, щебень используют как дренаж под каждое растение, чтобы локально уменьшить влажность почвы.
Если слой щебня, хотя-бы иногда просыхает (то-есть становится незаполненным водой), то при замерзании он не расширяется. Расширение замерзающей воды компенсируется остаточными пузырьками воздуха. И это второе важнейшее свойство щебня.
Песок
На стройке, можно часто услышать деление песка на карьерный и мытый (или штукатурный). По сути, это условное деление на фракции, где карьерный - более крупная фракция. Мытый (или штукатурный) чаще используют в отделочных работах для изготовления различных смесей.
К сожалению, не принято обсуждать действительно важный параметр песка - содержание глины. Как и любой природный материал, песок редко встречается в чистом виде. А самая распространённая примесь - глина. Но свойства песка и глины очень разнятся, поэтому важно покупать песок с незначительной примесью глины. А "мытый" он или "карьерный" - особого значения в ландшафтных и фундаментных работах, не имеет.
Песок - самый дешевый из сыпучих материалов (в Московской области), поэтому используется везде, где только можно. Чаще всего, в качестве заполнителя или выравнивающего слоя, для сокращения объёмов более дорогих материалов.
Если песок часто просыхает (частично теряет полную заполненность водой), то при замерзании он не расширяется. Расширение воды компенсируется остаточными пузырьками воздуха. И это свойство песка, так-же часто используется. Например для устройства дорожек без бетонного основания, чтобы немного замедлить нарушение геометрии поверхности дорожки (разрушение).
Использовать песок в качестве дренажного слоя (для пропуска воды) надо очень аккуратно:
- Вода в песке ведёт себя совершенно не так, как на поверхности. Здесь явно преобладает капиллярное распределение воды. То-есть вода пойдёт во все стороны от точки смачивания, проникая по все дырочки и увлажняя всё, до чего дотягивается песок.
- Масса песка легко перемещается водой, что приводит к быстрому размыванию при любой возможности.
- Песок обладает ярко-выраженной фильтрующей способностью, что сильно сказывается на пропускной способности песка со временем. То-есть, пропуская большие объёмы воды, песок быстро засоряется ("заиливается") и перестаёт пропускать воду.
- Песок можно рассматривать как дренажный слой только для сбора чистой воды. Например, для понижения уровня грунтовых вод (идущих из-под земли).
- Песок бесполезен при сборе дождевой (обычно очень грязной) воды, поскольку он быстро засоряется (заиливается) и его впитывающие свойства пропадают за год-два.
Глина
Как и любой природный материал, глина в чистом виде встречается редко. В Московской области, в подавляющем большинстве случаев, речь идёт о сугли́нках или су́песях (с большим содержанием песка). Суглинок более пластичен и менее порист, чем супесь. Суглинок, как и глина, в смоченном виде напоминает пластилин (по физическим свойствам). Я не буду погружаться в цифровые показатели пористости и пластичности, поскольку состав грунта уникален как отпечатки пальцев и говорить о неких общих закономерностях можно лишь с определённой степенью точности. Если у Вас на участке подо́лгу стоят лужи и сырость постоянна, то Вы называете свой грунт - глиной. И я буду называть его глиной, пусть простят меня геологи. С торфом, думаю, не спутаете...
Глина состоит из массы спрессованных временем, очень мелких частиц (пыли). Настолько мелких, что воздух с трудом пробивается в поры. Причём, вода, размачивая большой концентрацией поверхностный слой глины, относительно легко проникает дальше; в то время как воздух не имеет такого механизма. Отсюда вытекают все основные свойства глины:
- Вода относительно медленно впитывается в глину. Но впитавшись в местах застоя (в лужах), уверенно расползается по глине капиллярным методом, заменяя воздух. Вытащить воду обратно из глины (осушить) очень сложно.
- При замерзании, мокрая глина расширяется так-же сильно, как и вода, то-есть до 10% объёма. Такой эффект называют "пуче́нием" глины.
- Влажность глины понижается крайне медленно, особенно на глубине, под поверхностью земли. Например, если глина на глубине больше 30 см хорошенько промокла хотя-бы раз в год, то "пучения" не миновать.
- Избежать пуче́ния можно двумя способами. Во первых, продуманным проектированием рельефа поверхности участка; избегая мест застоя воды (луж). Во вторых, уводя воду из проблемных мест (например, отмостка дома) герметичными трубопроводами(ливнёвой канализацией) за пределы участка. Подробнее об осушении участка можно почитать здесь.
- Усугубляют пуче́ние глины непродуманные дренажные системы, которые опускают потоки дождевой воды под поверхность, где происходит их активное впитывание в глину.
- Корневая система крупных растений на глинах должна иметь ряд особых свойств. Она должна быть поверхностной, поскольку в глубине недостаточно воздуха. Должна переносить полное промерзание и сильное заболачивание.
- Зато на глинах замечательно растёт трава, поскольку глина долго сохраняет влагу при отсутствии дождей. Поэтому Московская область - мясо-молочный регион, где проще всего выращивать траву в промышленных масштабах для травоядных.
В отличии от других сыпучих материалов (песка и щебня), у глины есть ещё одно неприятное свойство. Её невозможно уплотнить (трамбовать) механическим путём. Если насыпать или разрыхлить глину, то усадки надо ждать 2-4 зимы; и других вариантов уплотнить глину - не существует((.
Плодородный грунт
Для полноты картины, упомяну про плодородные грунты́, хотя эта статья посвящена строительной тематике.
Поскольку чернозёмов в Московской области нет, то и описывать их не стану. У нас, в основном, используют смеси:
Торф - есть несколько разновидностей, отличающихся как названием, так и содержанием минеральных и органических веществ. Связь названий и содержания крайне условная.
Торфо-песчаные смеси. Самый дешевый вариант, который можно приобрести на любой точке скопления Камазов. Как и чистому торфу, такой смеси свойственна одна существенная негативная черта - быстрое пересыхание поверхностного слоя, что не позволяет траве расти здоровой и красивой. Плохой вариант для газона.
Торфо-глиняные смеси. Опционально, с небольшой примесью песка. Самый лучший вариант. Но очень дорогой, поскольку равномерно смешать глину с торфом крайне сложно. Это делают двумя способами:
- На специальной установке - "дробилке".
- Рассыпают торф по глинистому полю равномерным слоем (насколько это возможно) и многократно перепахивают.
Оба варианта, крайне затратны с точки зрения энергии и техники. В то время как смешать торф с песком можно простым экскаватором, перекидывая кучи с места, на место.
Торф, песок и глина - встречаются повсеместно в Московской области. А про другие компоненты, привезённые "за тридевять земель", или экзотику типа сапропе́ли, я лучше умолчу. Как говорил К.С.Станиславский: "Не верю!".
Толщина слоя
На-последок, стоит поговорить о толщи́нах слоёв и прокладках между ними.
Толщину засыпки песка и щебня не делают меньше 10 см. Это тоже традиция, пришедшая с Советских Времён. Дело в том, что на большой стройке, чтобы щебень вообще присутствовал в "пироге", нельзя давать рабочему указание делать слой меньше, чем 10 см. Поэтому в Советских ГОСТах, 10 см - минимальная толщина.
Если Вы строите для себя и осознаёте смысл слоя щебня (разорвать капиллярный подъём воды), то вполне допустимо сыпать меньше 10 см. Тут ведь главное, чтобы этот слой был везде, а не его толщина.
Для разделения слоёв различных сыпучих материалов используется специальный геотекстиль, называемый по методу изготовления - "термоскреплённый". Это жёсткий материал из волокон полипропилена, не подверженный гниению в почве. Его используют, как в дренажах, так и просто для разделения слоёв, во избежании потенциальной адгезии (взаимного проникновения).
Спасибо, что дочитали статью до конца))
Если поставите Лайк - мне будет приятно))
Обращайтесь, если Вам нужна консультация по Ландшафту в Московской области. Написать личное сообщение лучше в Telegram: 👉 https://t.me/romanlsc
Рекомендую так-же подписаться на мой канал в Telegram. Там дублируется вся информация с основного канала и гораздо удобнее поиск (по тегам = #...) 👉 https://t.me/roman_landscape
Так-же рекомендую почитать статьи:
📕 Статья об устройстве отмостки дома 👇
📕 Статья об устройстве садовых дорожек 👇
📕 Статья об осушении участка. Методы и ошибки 👇
📕 Статья о современном проектировании. Как оценить практическую пользу от проекта, до начала его реализации 👇
📕 Статья о порядке строительных работ при освоении земельного участка 👇
📕 Статья о выборе конструкции фундамента дома 👇
📕 Статья в помощь выбирающим земельный участок 👇