Torpağın şaxtanın təsiri ilə deformasiyaları
Şaxta təsiri altında axınsız sərbəst su 0°C-da donar və bu zaman həcmi 9% qədər artır. Lakin dar kapilyar borulardakı su 0°C-da donmur, daha aşağı temperaturda donar; bu temperatur -1°C ilə -78°C arasında dəyişir. Sonuncu donma temperaturu Amerikada laboratoriya sınaqları ilə müəyyən edilmişdir. Kapilyar boru nə qədər dar olsa, donma temperaturu bir o qədər aşağı olar.
Torpaqda hər tərəfdə bir-biri ilə əlaqəli məsamələr var və onlar kapillyar borular əmələ gətirir. Qumda məsamələr iri olur və geniş kapillyar borular əmələ gətirir; bu borularda su 0°C-da və ya bir qədər aşağı temperaturda donar. Su bərabər şəkildə donar və bu zaman məsamələrdə buz kristalları əmələ gəlir; onların həcminin 9% artması torpaqda heç bir ciddi deformasiya yaratmır. Xırda dənəli tərkibli torpaqda məsamələr daha xırda olur və suyun 0°C-dən aşağı temperaturda donduğu dar kapillyar borular əmələ gətirir. Lakin səth qatında torpaq həmişə daha boş, daha iri məsaməli olur; orada su 0°C-da donar və buz kristalları əmələ gətirir. Bu kristallar dar məsamələrdən soyumuş suyu böyük qüvvə ilə özlərinə çəkir, buna görə kristallaşma qüvvəsi adlanır. Belə çəkilmiş su buz kristalları ilə təmasa gəldikdə özü də donar, buz kristallarının həcmini artırır və onlar buz linzalarına çevrilir; bu linzaların qalınlığı təxminən 0,1 ilə 10 mm ola bilər. Yaranmış buz linzaları şaxtanın təsiri zamanı torpaqda əhəmiyyətli deformasiya yaradır; xüsusilə əlverişsiz şəraitdə bu deformasiya 30 və 50 cm-ə qədər çata bilər.
Şaxtanın təsiri nəticəsində torpaqda deformasiyanın yaranması və miqyası əsasən aşağıdakı 3 amildən asılıdır:
-
Yeraltı su səviyyəsi
-
Şaxtanın davametmə müddəti.
Ad 1) Qranulometrik tərkib baxımından şaxtanın ən böyük təsiri xırda dənəli torpaqda olur; onun məsamələri dar kapilyar borular əmələ gətirəcək qədər xırdadır və eyni zamanda şaxta təsiri zamanı suyun sürətli dövranına imkan verən kifayət qədər böyük keçiriciliyə malikdir. Belə torpaq şaxtaya ən həssasdır, həm yaranma sürəti, həm də deformasiyaların böyüklüyü baxımından. Bunlar əsasən 0,02-0,002 mm ölçülü dənələrdən ibarət lilvari torpaqlardır. Ölçüsü >0,02 mm olan dənələrin kapilyar qalxma hündürlüyü azdır, ölçüsü < 0,002 mm olan dənələrdə isə kapilyar qalxma ləng gedir, beləliklə, hər iki halda şaxta müddətində şaxta təsiri zonasına yalnız az miqdarda su çata bilər. Əgər gilli torpaqda < 0,002 mm ölçülü hissəciklər 25%%-dən çox təşkil edirsə, torpağın keçiriciliyi çox az olur və məsamələrdə suyun dövranı o qədər ləng gedir ki, su məsamələrdə buz linzaları cəlb olunmazdan əvvəl donur.
Ad 2) Torpağın qranulometrik tərkibinə dair şərtlə yanaşı, torpağın şaxtada deformasiyaya uğraması üçün daha bir şərt də yerinə yetirilməlidir. Bu, suyun şaxtanın təsir zonasıına daxil ola bilməsidir. Əgər bu şərt ödənilməsəydi, yəni torpağın kapillyarları şaxta zamanı onların içindən daim axacaq su ilə əlaqədə olmasaydı, torpağın qranulometrik tərkibi necə olursa-olsun, şaxtadan deformasiyalar baş verməzdi.
Yeraltı suyun səviyyəsi nə qədər yüksəkdirsə, şaxtanın təsiri nəticəsində torpağın deformasiya ehtimalı bir o qədər böyükdür. Yeraltı su səviyyəsi həmin torpaqda suyun kapillyar qalxma hündürlüyündən daha böyük dərinlikdədirsə, şaxta təsirindən yaranan deformasiyalar cüzidir.
Ad 3) Şaxtanın fasiləsiz davametmə müddəti nə qədər uzundursa, bir o qədər də şaxta nəticəsində yaranan deformasiyalar böyük olur, çünki daha iri və çoxsaylı linzalar əmələ gəlir. Güclü və qısamüddətli şaxta daha az deformasiya yaradır, çünki bu halda məsamələrdə suyun qəfil donması və suyun kapillyar axınının dayanması baş verir. Əksinə, orta və uzunmüddətli şaxta buz linzalarının maneəsiz əmələ gəlməsinə görə daha böyük deformasiyalar yaradır.
Sallanmanın təsiri
Şaxta açılarkən əvvəlcə səth torpağının yuxarı hissəsindəki buz linzaları ərir, dərhal onun altında isə donmuş, buna görə də sukeçirməz qat qalır. Əriyən buz linzaları böyük miqdarda su verdiyindən, bu su donmuş aşağı qatdan süzülə bilmir və səth qatında toplanan bu artmış su miqdarı torpağı həddən artıq doyurur, onu bərkliyi olmayan axıcı kütləyə çevirir; bu kütlə təzyiq altında yana doğru sıxışdırılır. Şaxtanın açılması nəticəsində torpaqda yaranan deformasiyalar xeyli və bəzi hallarda təhlükəli ola bilər. Bu deformasiyalar dəmiryol xətləri və yolların qazıntılarında tez-tez müşahidə olunur; yazda ərimiş buz linzalarından yaranan su ilə torpağın həddən artıq doyması səbəbindən yamaclar qismən sürüşür, həmçinin hərəkət altında daşıma qabiliyyətini su ilə doyma nəticəsində itirmiş torpaqda yol örtükləri deformasiya olunur.
Torpağa şaxtanın təsirini qiymətləndirmə meyarı
Müxtəlif torpaq növlərinə şaxtanın təsirinin öyrənilməsi nəticəsində şaxtaya münasibətdə iki torpaq növünü fərqləndirmək lazım olduğu qənaətinə gəlinmişdir: təhlükəsiz və şaxtaya həssas.
Şaxtaya davamlı torpaqlar elə torpaqlardır ki, şaxtanın müddəti nə qədər uzun olsa da, onlarda buz linzaları əmələ gəlmir. Bu növ torpaqlarda yalnız məsamələrindəki suyun donması və buz kristallarının yaranması baş verir, şaxta təsiri zamanı isə cüzi deformasiyalar yaranır. Bu qrupa çınqıl, qum və oxşar torpaqlar daxildir.
Şaxtaya həssas torpaqlar elə torpaqlardır ki, orada buz linzaları əmələ gəlir və bunun nəticəsində daha böyük deformasiyalar yarana bilər. Səthi təbəqədə yığılmış su buz linzaları şəklində şaxta təsiri zamanı həm də donu açma təsiri yaradır. Bu qrupa bəzi tozlu-gilli, xüsusilə də tozlu torpaqlar daxildir.
Torpağın şaxtaya davamlılığını qiymətləndirmək üçün bir neçə meyar mövcuddur; bunlar arasında ən məşhurları burada təsvir edəcəyimiz Arthur Casagrande və Rukli meyarlarıdır.
Casagrande A. meyarı
Bu meyar torpağın qranulometrik tərkibinə əsaslanır və belədir:
a) Tərkibi eyni olan torpaqda, qeyri-bərabərlik dərəcəsi U < 5 olduqda, torpaq 10%-dən çox 0,02 mm ölçüsündən kiçik dənəciklər saxlayırsa, şaxtaya qarşı təhlükəlidir.
b) Qeyri-bərabər tərkibli torpaqda, qeyri-bərabərlik dərəcəsi U > 15 olduqda, torpaq 0,02 mm-dən kiçik ölçülü dənələrin 3%%-dən çoxunu ehtiva edirsə, şaxtaya qarşı təhlükəlidir.
Baxmayaraq ki, bu meyar uzun müddət tətbiq edilmiş və həmişə etibarlı nəticələr vermişdir, onun çatışmazlığı ondadır ki, o, yalnız torpağın qranulometrik tərkibinə əsaslanır və torpaqda şaxtanın təsirinə təsir edən digər amilləri nəzərə almır. Buna görə də bu gün bu meyarın həddindən artıq sərt və qeyri-iqtisadi olduğu hesab edilir.
Rukliyev kriteriyası
Bu metoda əsasən torpaq sərt bərk hissəciklərin dənəvərliyinə görə iki fraksiyaya bölünür: iri dənəli fraksiya, diametri d > 2 mm olan dənələr və xırda dənəli fraksiya, diametri d < 2 mm olan dənələr. Torpağın şaxtaya davamlılığını qiymətləndirmək üçün xırda dənəli fraksiyanın miqdarının iri dənəli fraksiyanın miqdarından asılılığı müəyyən edilir və bu asılılıq aşağı və yuxarı hədlə verilir (şək. 1).
Aşağı hədd d < 0,02 mm olan bərk hissəciklərin doldurmanın quru çəkisinə görə ən böyük icazə verilən faizini, yəni 0-2 mm fraksiyasını göstərir; bu halda əlverişsiz şəraitdə, məsələn yeraltı su səviyyəsinin yüksək olması, əlverişsiz iqlim şəraiti (uzunmüddətli şaxtalar) və torpağın böyük təbii rütubəti zamanı praktik olaraq heç bir şaxta zərəri baş vermir.
Yuxarı hədd, əlverişli şəraitdə — məsələn, yeraltı suların səviyyəsinin aşağı olması, əlverişli iqlim şəraiti (qısamüddətli şaxtalar) və torpağın az təbii rütubəti zamanı — şaxta nəticəsində demək olar ki, heç bir zərər yaranmayan hal üçün quru xırda dənəli fraksiyanın çəkisinə görə d < 0,02 mm hissəciklərin icazə verilən ən böyük faizini göstərir.
Şək. 1 Rukliyev kriteriyasına əsasən torpağın şaxtaya qarşı təhlükəliliyinin qiymətləndirilməsi üçün aşağı və yuxarı hədd
Torpaqda şaxtanın təsirindən qorunma
Torpaqda şaxtanın təsir dərinliyi ərazinin iqlim şəraitindən asılıdır. Ölkəmizdə bu, əsasən yer səthindən 0,8 ilə 1,0 m m dərinlikdə olur. Buna görə də, 1,0 m-yə bərabər və ya ondan böyük dərinlikdə təməllənmiş konstruksiyalar şaxtanın təsirinə məruz qalmayacaq.
Yol örtüyü kimi dayaz bünövrəli konstruksiyalar şaxtanın təsirinə məruz qalır; bu təsir örtükdə həm donma, həm də ərimə zamanı daha böyük deformasiyalar və zədələr yarada bilər. Buna görə də yollarda və hava limanlarının uçuş-enmə zolaqlarında örtük hazırlanarkən torpaq şaxta təsiri baxımından yoxlanılmalı və əsas torpaq şaxtaya həssas olduqda qoruyucu tədbirlər görülməlidir. Yol və hava limanı örtüklərində ən səmərəli tədbir tampon qatının qurulmasıdır; onun qalınlığı elə müəyyən edilir ki, örtüyün və tampon qatının ümumi qalınlığı ağır nəqliyyat üçün 0,80 m-dan, yüngül nəqliyyat üçün isə 0,60 m-a qədər olsun. Ən çox hallarda örtüyün altında 0,30 m qalınlığında tampon qat şaxta təsirinə qarşı kifayət qədər qorunma verir.
Tampon qatın hazırlanması üçün material adətən qum və ya qumlu çınqıldır və aşağıdakı şərtləri ödəməlidir:
Plastiklik indeksi IP < 5
d < 0,02 mm fraksiyasının miqdarı 3%-dən az
Qeyri-bərabərlik dərəcəsi U > 7.
Tampon qatının 20 cm qalınlığındakı üst hissəsi, kifayət qədər sıxılmama və məhdud daşıma qabiliyyəti səbəbindən, vahid və xırda dənəli qum olmamalıdır. Bu hissədə tampon qatı 30-70% ölçülü dənələri olan 2-30 mm qumlu çınqıldan olmalıdır. 30 mm-dən böyük dənələr tövsiyə edilmir.
Dayaz fundamentli hasar divarları da torpaqdakı şaxtanın təsiri altına düşür, bunun nəticəsində onlar əyilir və şaxtanın təkrar təsiri ilə zaman keçdikcə aşaraq dağılır. Buna görə, torpaq şaxta təhlükəsi daşıyırsa, bu divarları 1,0 m dərinlikdə fundamentləşdirmək lazımdır.