Grondvervormings as gevolg van rypwerking
Onder die werking van ryp vries stilstaande vrye water by 0°C en sit dit terselfdertyd uit met 9% van sy volume. Water in nou kapillêre buisies vries egter nie by 0°C nie, maar by laer temperature, wat wissel van -1°C tot -78°C. Hierdie laaste vries तापeratuur is deur laboratoriumtoetse in Amerika vasgestel. Hoe nouer die kapillêre buis, hoe laer is die vries temperatuur.
In die grond is daar porieë wat onderling in alle rigtings verbind is en kapillêre buise vorm. In sand is die porieë groot en vorm breë kapillêre buise, waarin water by 0°C of by ’n effens laer temperatuur vries. Die water vries eweredig, waardeur yskristalle in die porieë gevorm word, waarvan die volumetoename van 9% geen noemenswaardige grondvervormings veroorsaak nie. In grond met ’n fynkorrelige samestelling is die porieë kleiner en vorm nou kapillêre buise waarin water by temperature laer as 0°C vries. In die oppervlakkige laag is die grond egter altyd losser met groter porieë, waarin water by 0°C vries en yskristalle vorm. Hierdie kristalle trek afgekoelde water uit die nou porieë met groot krag na hulle toe, die sogenaamde kristallisasiekrag. Wanneer so aangetrokke water in aanraking kom met die yskristalle en self vries, verhoog dit die volume van die yskristalle, wat yslense word, waarvan die dikte ongeveer 0,1 tot 10 mm kan wees. Die gevormde yslense veroorsaak aansienlike grondvervorming gedurende die werking van ryp, wat onder besonder ongunstige omstandighede tot 30 en 50 cm kan strek.
Die voorkoms en grootte van grondvervorming as gevolg van rypwerking hang hoofsaaklik af van die volgende 3 faktore:
-
Grondwatervlak
-
Duur van die ryp.
Ad 1) Wat die granulometriese samestelling betref, is die grootste rypwerking by fynkorrelige grond, waarvan die porieë klein genoeg is om noue kapillêre kanale te vorm, en terselfdertyd ’n voldoende groot deurlaatbaarheid het, wat vinnige waterirkulasie tydens rypwerking moontlik maak. Só ’n grond is die sensitiefste vir ryp, sowel wat die spoed van verskyning as die grootte van die vervormings betref. Dit is slikagtige gronde, wat hoofsaaklik bestaan uit korrels met ’n grootte van 0,02-0,002 mm. Korrels groter as >0,02 mm het ’n klein hoogte van kapillêre styging, terwyl korrels kleiner as < 0,002 mm ’n stadige kapillêre styging het, sodat in albei gevalle slegs ’n kleiner hoeveelheid water gedurende die rypduur in die sone van rypwerking kan beland. As kleigrond meer as 25% deeltjies van grootte < 0,002 mm bevat, is die deurlaatbaarheid van die grond baie klein en die waterirkulasie in die porieë is so stadig dat dit in die porieë vries voordat yslense dit kan aantrek.
Ad 2) Benewens die vereiste ten opsigte van die korrelgrootte-samestelling van die grond, moet nog ’n voorwaarde vervul wees sodat gronddeformasies by ryp kan ontstaan. Dit is dat daar die moontlikheid bestaan vir watertoevoer na die rypwerkingsone. Indien hierdie voorwaarde nie vervul sou wees nie, d.w.s. as die kapillêre van die grond nie met water verbind sou wees wat gedurende die rypwerking voortdurend daardeur sal vloei nie, sal daar geen rypdeformasies ontstaan nie, ongeag die korrelgrootte-samestelling van die grond.
Hoe hoër die grondwatervlak is, hoe groter is die moontlikheid van grondvervormings as gevolg van rypwerking. As die grondwatervlak op ’n groter diepte is as die hoogte van die kapillêre opstyg van water van die betrokke grond, is vervormings as gevolg van rypwerking gering.
Ad 3) Indien die tydperk van ononderbroke ryp langer duur, hoe groter is die deformasies weens ryp, as gevolg van die vorming van groter en talryker lense. Sterk en kortstondige ryp veroorsaak kleiner deformasies, omdat in daardie geval die water in die porieë skielik vries en die kapillêre vloei van water onderbreek word. Daarteenoor veroorsaak matige en langdurige ryp groter deformasies weens die onbelemmerde vorming van yslense.
Uitkraffingseffek
Tydens ontdooiing smelt die yslense eers in die boonste deel van die oppervlakgrond, terwyl daar net daaronder ’n bevrore, en dus ook ondeurlaatbare laag, oorbly. Aangesien die gesmelte yslense ’n groot hoeveelheid water vrystel wat nie deur die bevrore laer laag kan indring nie, versadig hierdie groter hoeveelheid water in die oppervlakkige laag die grond oormatig en vorm dit ’n vloeibare massa wat geen sterkte het nie, maar onder druk sywaarts uitgepers word. Vervormings van die grond as gevolg van ontdooiing kan aansienlik en in sekere gevalle gevaarlik wees. Hierdie vervormings kom dikwels voor by uitgrawings op spoorlyne en paaie, waar daar in die lente gedeeltelike gly van hellings plaasvind weens die grond wat met water van gesmelte yslense oorgesadig is, asook op paaie waarvan die ryvlak onder verkeer vervorm op grond wat sy dravermoë verloor het weens oorsadiging met water.
Kriterium vir die beoordeling van die werking van ryp op grond
Deur die bestudering van die uitwerking van ryp op verskillende grondsoorte het dit geblyk dat, wat gedrag by ryp betref, twee soorte grond onderskei moet word: veilig en gevaarlik by ryp.
Grond wat teen ryp bestand is is dié waarin geen yskoepels vorm nie, hoe lank die duur van die ryp ook al is. By hierdie soort grond vind slegs die vries van water in sy porieë en die vorming van yskristalle plaas, met geringe vervormings onder die werking van ryp. Tot hierdie groep behoort gruis, sand en soortgelyke gronde.
Grond wat rypgevoelig is is dié waarin yslensies vorm, waardeur groter vervormings kan ontstaan. Opgehoopte water in die oppervlaklaag in die vorm van yslensies veroorsaak tydens rypwerking ook ontdooiing. Tot hierdie groep behoort sekere sanderig-kleigrond en veral sanderige gronde.
Daar bestaan verskeie kriteria vir die beoordeling van die grond se rypbestandheid, waaronder die bekendstes dié van Arthur Casagrande en Rukl, wat ons hier sal beskryf.
Kriterium A van Casagrande
Hierdie kriterium is gebaseer op die granulometriese samestelling van die grond en lui soos volg:
a) By grond van eweredige samestelling, waarvan die graad van ongelykvormigheid U < 5 is, is die grond vatbaar vir ryp as dit meer as 10% korrels van grootte onder 0,02 mm bevat.
b) By grond van ongelyke samestelling, waarvan die mate van ongelykheid U > 15 is, is die grond rypgevaarlik as dit meer as 3% korrels van grootte onder 0,02 mm bevat.
Alhoewel hierdie kriterium vir ’n lang tyd toegepas is en altyd betroubare resultate gelewer het, is die nadeel daarvan dat dit slegs op die korrelgrootte van die grond berus en nie ander faktore wat die werking van ryp in die grond beïnvloed, in ag neem nie. Daarom word dit vandag as te streng en nie ekonomies nie beskou.
Rukliev se kriterium
Volgens hierdie metode word die grond in twee fraksies verdeel volgens die styfheid van die vaste deeltjies, naamlik in ’n growwe fraksie, korrels met deursnee d > 2 mm en ’n fyn fraksie, korrels met deursnee d < 2 mm. Vir die beoordeling van die rypbestandheid van die grond word die verband tussen die hoeveelheid fyn fraksie en die hoeveelheid growwe fraksie vasgestel, en hierdie verband word deur ’n onderste en boonste grens gegee (fig. 1).
Die onderste grens verteenwoordig die grootste toelaatbare persentasie vaste deeltjies met ’n deursnee d < 0,02 mm van die droë gewig van die opvulmateriaal, d.w.s. die fraksie 0-2 mm, waarby daar by ongunstige toestande, soos ’n hoë grondwatervlak, ongunstige klimaatstoestande (langdurige ryp) en hoë natuurlike grondvog, feitlik geen skade weens ryp ontstaan nie.
Die boonste grens verteenwoordig die hoogste toelaatbare persentasie deeltjies d < 0,02 mm van die droë gewig van die fynkorrelige fraksie waarby daar onder gunstige toestande, soos ’n lae grondwatervlak, gunstige klimaatstoestande (kortstondige ryp) en lae natuurlike voginhoud van die grond, feitlik geen rypskade voorkom nie.
Fig. 1 Onderste en boonste grens vir die beoordeling van die grond se rypgevaar volgens Ruklie se kriterium
Beskerming teen die werking van ryp in die grond
Die diepte van rypwerking in die grond hang af van die klimaatstoestande van die gebied. In ons land is dit meestal 0,8 tot 1,0 m onder die oppervlak van die terrein. Gevolglik sal konstruksies wat op ’n diepte gelyk aan of groter as 1,0 m gefundeer is nie aan rypwerking blootgestel wees nie.
Oppervlakkig gefondeerde konstruksies soos padrybane word aan die werking van ryp blootgestel, wat groter vervormings en skade aan die rybaan kan veroorsaak, sowel tydens vries as tydens ontdooiing. Daarom is dit by die aanleg van rybane op paaie en aanloop- en landingsbane op lughawens nodig om die grond met betrekking tot rypwerking te ondersoek, en in die geval dat die ondergrond gevaarlik vir ryp is, moet beskermingsmaatreëls getref word. By rybane op paaie en lughawens is die doeltreffendste maatreël die aanleg van ’n bufferlaag, waarvan die dikte so bepaal word dat die totale dikte van die rybaan en die bufferlaag 0,80 m vir swaar verkeer tot 0,60 m vir ligte verkeer is. Dikwels is ’n bufferlaag van 0,30 m onder die rybaan voldoende beskerming teen die werking van ryp.
Die materiaal vir die vervaardiging van die sandlaag is gewoonlik sand of sandige gruis, wat aan die volgende vereistes moet voldoen:
Plastisiteitsindeks IP < 5
Inhoud van die fraksie d < 0,02 mm minder as 3%
Mate van nie-eenvormigheid U > 7.
Die boonste deel van die bufferlaag met ’n dikte van 20 cm mag nie uit eenvormige, fynkorrelige sand bestaan nie weens onvoldoende verdigting en beperkte dravermoë. In hierdie deel moet die bufferlaag uit sandgruis bestaan met 30-70% korrels van grootte 2-30 mm. Korrels groter as 30 mm word nie aanbeveel nie.
Ondieps gefundeerde omheiningsmure word ook deur ryp in die grond beïnvloed, waardeur hulle skuins staan, wat by herhaalde rypwerking oor tyd tot omkanteling en ineenstorting lei. Daarom moet hierdie mure op 1,0 m diepte gefundeer word, indien die grond rypgevaarlik is.