Ferfoarmingen fan de grûn troch de ynfloed fan froast
By froast befriest frij wetter sûnder stream by 0°C en wreidet him dêrby út mei 9% fan syn folume. Wetter yn smelle kapillêre buizen friest lykwols net by 0°C, mar by legere temperatueren, dy’t fariearje fan -1°C oant -78°C. Dizze lêste befriezingstemperatuer is fêststeld mei laboratoariumûndersiken yn Amearika. Hoe smeller de kapillêre buis, hoe leger de befriezingstemperatuer.
Yn de grûn binne poaren dy’t ûnderling yn alle rjochtingen ferbûn binne en kapillêre buizen foarmje. Yn sân binne de poaren grut en foarmje se brede kapillêre buizen, dêr’t it wetter yn befrieze by 0°C of by in wat legere temperatuer. It wetter befriezet gelyk, wêrby’t yn de poaren iiskristallen ûntsteane, waans ferheging fan folume fan 9% gjin wichtige deformaasje fan de grûn feroarsaket. Yn grûn mei in fynkorrelige gearstalling binne de poaren lytser en foarmje se smelle kapillêre buizen dêr’t it wetter befrieze by temperatueren leger as 0°C. Yn de oerflaklaach is de grûn lykwols altyd losser mei gruttere poaren, dêr’t it wetter befrieze by 0°C en iiskristallen foarmet. Dizze kristallen lûke ôfkuolle wetter út de smelle poaren mei grutte krêft nei har ta, de saneamde kristallisearingskrêft. As sa oanlutsen wetter yn kontakt komt mei de iiskristallen en sels befriest, nimt it folume fan de iiskristallen ta; se wurde iislinses, waans dikte omtrint 0,1 oant 10 mm wêze kin. De foarme iislinses feroarsaakje by froast in wichtige deformaasje fan de grûn, dy’t ûnder benammen ûngeunstige omstannichheden oprinne kin oant 30 en 50 cm.
It ûntstean en de omfang fan de ferfoarming fan de grûn troch froast wurdst benammen bepaald troch de folgjende 3 faktoaren:
-
Grûnwetterpeil
-
Duor fan de froast.
Ad 1) Wat de korrelgrutte-oersetting oanbelanget, is de grutste froastwurking by fynkorrelige boaiem, waans poaren lyt genôch binne om smelle kapillêre buizen te foarmjen, en tagelyk in foldwaande grutte trochsjokberens hat, wêrtroch flugge wettersirkulaasje by froastwurking mooglik is. Sokke boaiem is it gefoelichst foar froast, sawol wat it momint fan ferskinen as wat de grutte fan de ferfoarmingen oanbelanget. Dat binne stofboaiems, dy’t foar it grutste part út korrels mei grutte 0,02-0,002 mm besteane. Korrels mei grutte >0,02 mm hawwe in lege kapillêre opstijghichte, wylst korrels mei grutte < 0,002 mm in stadige kapillêre opstiging hawwe, sadat yn beide gefallen yn ’e doer fan de froast mar in lytse hoemannichte wetter yn de froastwurksône komme kin. As klaaigrûn mear as 25% dieltsjes mei grutte < 0,002 mm befettet, is de trochsjokberens fan de boaiem tige lyts en is de wettersirkulaasje yn de poaren sa stadich dat it wetter yn de poaren earder befrieze as dat iislinses oanlutsen wurde kinne.
Ad 2) Neist de eask oangeande de granulometryske gearstalling fan de grûn moat noch ien betingst foldien wurde om grûnferfoarmingen by froast te krijen. Dat is dat der mooglikheid is foar oanfoljen fan wetter yn de sône fan de froastynfloed. As dizze betingst net foldien wurde soe, dus as de kapillêren fan de grûn net yn ferbining stiene mei wetter dat der tidens de froastynfloed hieltyd trochhinne streame sil, dan sille der gjin ferfoarmingen by froast ûntstean, hoe’t de granulometryske gearstalling fan de grûn ek is.
Hoe heger it grûnwetterpeil is, hoe grutter de kâns op boaiemdeformaasje troch froastwurking. As it grûnwetterpeil op gruttere djipte leit as de hichte fan it kapillêre opstigjen fan wetter yn de jûne boaiem, binne de deformaasje troch froastwurking ûnbetsjuttend.
Ad 3) As de perioade fan ûnûnderbrutsen froast langer is, binne de ferfoarmingen troch de froast ek grutter, troch it ûntstean fan gruttere en talrike linzen. Sterke en koarte froast feroarsaket minder ferfoarming, om’t yn dat gefal it wetter yn de poaren ynienen befriest en de kapillêre wetterstream ûnderbrutsen wurdt. Dêrfoaroer feroarsaket middelmjittige en langduorjende froast gruttere ferfoarmingen troch de ûnbehindere foarming fan iislinzen.
Wurking fan ûntbreezing
By it ûntteien smelte earst de iislinses yn it boppeste diel fan de oerflaksboaiem, wylst fuort dêrûnder in beferzen, en dêrom ek ûndringber, laach oerbliuwt. Omdat de smelte iislinses in grutte hoemannichte wetter leverje, dat net troch de beferzen ûnderste laach hinne sakje kin, soarget dizze ferhege wetterhoemannichte yn de oerflakslaach derfoar dat de boaiem oersadige rekket en der in floeibere massa fan makket, dy’t gjin inkele stevigens hat, mar ûnder druk sydlings útdrukt wurdt. Deformaasje fan de boaiem troch ûntteien kin flink wêze en yn beskate gefallen gefaarlik. Sokke deformaasjes komme faak foar by útsnijdingen oan spoarlinen en wegen, dêr’t yn ’e maitiid in part fan de hellingen weiskoot troch wetteroersadiging fan de boaiem troch de smelte iislinses, en ek op wegen dêr’t it rydflak ûnder ferkear ferfoarmet op boaiem dy’t syn draachkrêft ferlern hat troch wetteroersadiging.
Kritearium foar de beoardieling fan de ynfloed fan froast op de grûn
Troch it bestudearjen fan de ynfloed fan froast op ferskate soarten grûn is ta de konklúzje kommen dat men wat it gedrach by froast oanbelanget twa soarten grûn ûnderskiede moat: feilige en froastgefoelige.
Frostfeilige grûnen binne dyjingen dêr’t gjin iisskoattels yn ûntsteane, hoe lang de froastperioade ek duorret. By dit soarte grûn befriest allinne it wetter yn syn poaren en ûntsteane iiskristallen, mei ûnbetsjutte deformaasje by de ynfloed fan froast. Ta dizze groep hearre grint, sân en ferlykbere grûnen.
Froastgefoelige grûnen binne dy dêr’t iislinsjes yn foarmje, wêrtroch gruttere deformaasje ûntstean kin. Opheappe wetter yn de boppelaach yn ’e foarm fan iislinsjes wurket by froast ek ûntfreegjend. Ta dizze groep hearre beskate stof-klaaiïge en benammen stofgrûnen.
Der binne meardere kritearia foar de beoardieling fan de froaststabiliteit fan de boaiem, wêrûnder de bekendste kritearia fan Arthur Casagrande en Ruklia, dy’t wy hjir beskriuwe sille.
Kritearium A. Casagrande
Dit kritearium is basearre op de korrelgruttesammensetting fan de boaiem en seit:
a) By grûn fan in homogene gearstalling, wêrfan de ûnregelmjittigensgraad U < 5, is de grûn gefoelich foar froast as er mear as 10% korrels befettet fan grutte ûnder 0,02 mm.
b) By grûn fan ûngelikense gearstalling, wêrfan de graad fan ûngelikens U > 15 is, is de grûn froastgefaarlik as dy mear as 3% korrels fan in grutte ûnder 0,02 mm befettet.
Hoewol’t dit kritearium al lang tapast wurdt en altyd betroubere resultaten joech, is it neidiel dat it allinnich op de granulometry fan de grûn basearre is en ek oare faktoaren dy’t ynfloed hawwe op de wurking fan froast yn de grûn net meinaam. Dêrom wurdt tsjintwurdich it oardiel jûn dat dit kritearium te strang en net ekonomysk is.
Ruklijev-kritearium
Neffens dizze metoade wurdt de boaiem yn twa fraksjes ferdield neffens de hurdens fan de fêste dieltsjes, nammentlik yn in grofkorrelige fraksje, korrels mei diameter d > 2 mm en in fynkorrelige fraksje, korrels mei diameter d < 2 mm. Foar de beoardieling fan de froastbestindigens fan de boaiem wurdt de ôfhinklikens fan de hoemannichte fynkorrelige fraksje fan de hoemannichte grofkorrelige fraksje fêststeld, en dizze ôfhinklikens wurdt jûn troch de ûnder- en boppengrens (ôfb. 1).
De ûndergrins stelt it grutste tastiene persintaazje fêste dieltsjes mei diameter d < 0,02 mm fan it droege gewicht fan de opfolling foar, dat wol sizze de fraksje 0-2 mm, wêrby’t by ûngeunstige omstannichheden, lykas in hege stân fan it grûnwetter, ûngeunstige klimaatbetingsten (lange froastperioaden) en in hege natuerlike fochtigens fan ’e boaiem, praktysk gjin froastskea ûntstiet.
De boppegrins jout it maksimale tastiene persintaazje dieltsjes d < 0,02 mm fan it droege gewicht fan de fynkorrelige fraksje oan, wêrby’t by geunstige omstannichheden praktysk gjin skea troch froast optreedt, lykas in leech grûnwetterpeil, geunstige klimaatomstannichheden (koartduorjende froast) en in lege natuerlike boaiemfochtigens.
Ofb. 1 Under- en boppegrins foar de beoardieling fan de froastgefaarlikens fan de grûn neffens it kritearium fan Ruklie
Beskerming tsjin de ynfloed fan froast yn de boaiem
De djipte fan de froastwurking yn de grûn hinget ôf fan de klimatologyske omstannichheden fan it gebiet. Yn ús lân leit dy foar it grutste part 0,8 oant 1,0 m ûnder it terreinflak. Dêrom sille konstruksjes mei in fundearring op in djipte gelyk oan of grutter as 1,0 m net ûnder ynfloed fan froast stean.
Ûndjip fundearre konstruksjes lykas wegenbedekkingen, binne bleatsteld oan de ynfloed fan froast, dy’t gruttere deformaasje en skea oan it rydflak feroarsaakje kin, sawol by it befriezen as by it ûntteien. Dêrom is by it oanlizzen fan rydflakken op diken en start- en lânbanen op fleanfjilden needsaaklik om de boaiem te ûndersykjen op de ynfloed fan froast en, as de ûndergrûn froastgefoelich is, beskermjende maatregels te nimmen. By rydflakken op diken en fleanfjilden is de meast effektive maatregel it oanbringen fan in tamponlaach, wêrfan de dikte sa bepaald wurdt dat de totale dikte fan rydflak en tamponlaach 0,80 m foar swier ferkear oant 0,60 m foar licht ferkear is. Faak is in dikte fan de tamponlaach fan 0,30 m ûnder it rydflak al genôch beskerming tsjin de ynfloed fan froast.
It materiaal foar it oanlizzen fan de bufferlaach is meastal sân of sânich grint, dat oan de folgjende easken foldwaan moat:
Plastisiteitsyndeks IP < 5
Ynhâld fan de fraksje d < 0,02 mm lytser as 3%
Unregelmjittigensgraad U > 7.
It boppeste diel fan de bufferlaach mei in dikte fan 20 cm mei net bestean út homogene en fynkorrelige sân fanwegen ûnfoldwaande ferdichting en beheinde draachkrêft. Yn dit diel moat de bufferlaach bestean út sânige grint mei 30-70% fan de kearngrutte fan 2-30 mm. Kearnen grutter as 30 mm wurde net oanret.
Sels flak fundearre skermmuorren steane ûnder ynfloed fan froast yn de grûn, wêrtroch’t se oerslykje, wat by werhelle ynwurking fan froast yn de rin fan de tiid ta har omslaan en ynstoarten liedt. Dêrom moatte dizze muorren, as de grûn froastgefaarlik is, op in djipte fan 1,0 m fundearre wurde.