Buedemdeformatiounen duerch Wierkung vum Frascht
Beim Wierke vum Frascht gefriert fräit Waasser ouni Stréimung bei 0°C a vergréissert dobäi säi Volumen ëm 9%. Waasser an enke kapillare Réier gefriert awer net bei 0°C, mee bei méi nidderegen Temperaturen, déi tëscht -1°C an -78°C leien. Déi lescht Gefréiertemperatur gouf duerch Laborversich an Amerika festgestallt. Je méi enke de kapillare Réier ass, ëmsou méi niddreg ass d’Gefréiertemperatur.
Am Buedem ginn et Poren, déi mateneen an all Richtungen verbonnen sinn a Kapillarréier bilden. Am Sand sinn d’Poren grouss a bilden breet Kapillarréier, an deene Waasser bei 0°C oder bei e bësse méi niddreger Temperatur gefréiert. D’Waasser gefréiert gläichméisseg, dobäi bilden sech an de Poren Äiskristaller, deenen hir Volumenvergréisserung ëm 9% keng wesentlech Deformatioune vum Buedem verursaacht. Am Buedem mat feinkäreger Zesummesetzung sinn d’Poren méi kleng a bilden enk Kapillarréier, an deenen d’Waasser bei Temperaturen ënner 0°C gefréiert. Am Uewerflächëlschicht ass de Buedem awer ëmmer méi locker mat méi grousse Poren, an deenen d’Waasser bei 0°C gefréiert an Äiskristaller bildet. Dës Kristaller zéien duerch grouss Kraaft ofgekillt Waasser aus den enke Poren un sech, déi sougenannt Kristalliséierungskraaft. Wann esou ugezuent Waasser a Kontakt mat den Äiskristaller kënnt a selwer gefréiert, vergréissert et de Volume vun den Äiskristaller, déi zu Äislënse ginn, där hir Dicke ongeféier 0,1 bis 10 mm kann sinn. Déi gebilt Äislënse verursaache während der Wierkung vum Frascht eng bedeitend Deformatioun vum Buedem, déi bei besonnesch ongënschtege Konditiounen op 30 an 50 cm ka goen.
D’Optriede an d’Gréisst vun der Deformatioun vum Buedem wéinst dem Wierken vum Frascht hänkt haaptsächlech vun de follgende 3 Faktoren of:
-
Niveau vum Grondwaasser
-
Dauer vum Frascht.
Ad 1) Wat d’granulometresch Zesummesetzung ugeet, ass déi gréisst Wierkung vum Frascht bei feinkörnegem Buedem, deem seng Poren genuch kleng sinn, fir enk Kapillarréier ze bilden, an dat gläichzäiteg eng genuch grouss Durchlässegkeet huet, déi eng séier Zirkulatioun vum Waasser während der Fraschtwierkung erlaabt. Sou e Buedem ass am empfindlechsten géint Frascht, souwuel wat d’Geschwindegkeet vum Optriede wéi och d’Gréisst vun de Verformungen ugeet. Dat si staubeg Biedem, déi sech haaptsächlech aus Käre vun der Gréisst 0,02-0,002 mm zesummesetzen. Käre vun der Gréisst >0,02 mm hunn eng kleng Héicht vum kapillare Klammen, während Käre vun der Gréisst < 0,002 mm eng lues kapillare Klamme weisen, sou datt an de béide Fäll während der Dauer vum Frascht nëmmen eng méi kleng Quantitéit Waasser an d’Wierkungszon vum Frascht komme kann. Wann leemegen Buedem méi wéi 25% Partikele vun der Gréisst < 0,002 mm enthält, ass d’Durchlässegkeet vum Buedem ganz kleng an d’Zirkulatioun vum Waasser an de Poren ass esou lues, datt et an de Poren éischt afréiert, ier d’Äislinse kënnen ugezunn ginn.
Ad 2) Nieft de Bedéngungen betreffend d’Granulometriesch Zesummesetzung vum Buedem muss nach eng weider Bedingung erfëllt sinn, fir datt et zu Buedemdeformatiounen duerch Frascht kënnt. Dat ass, datt d’Méiglechkeet besteet, Waasser an d’Fraschtwierkungszon nozeféieren. Wann dës Bedingung net erfëllt wier, also wann d’Kapillaren am Buedem net a Verbindung mat Waasser stéingen, dat dauernd duerch si wärend der Fraschtwierkung fléisst, da géif et net zu Fraschtdeformatiounen kommen, egal wéi d’Granulometriesch Zesummesetzung vum Buedem ass.
Wa den Niveau vum Grondwaasser méi héich ass, ass d’Gefor vu Buedemdeformatiounen duerch d’Wierkung vum Frascht méi grouss. Wann de Grondwaasserniveau méi déif läit wéi d’Héicht vum kapillare Opstig vum Waasser am jeeweilege Buedem, sinn d’Deformatiounen duerch d’Wierkung vum Frascht nëmme geréng.
Ad 3) Wann d’Zäitperiod vum onënnerbrachene Frascht méi laang ass, ëm sou méi grouss sinn d’Deformatiounen duerch de Frascht, wéinst der Bildung vu méi grousse a méi ville Lënsen. Staarken a kuerze Frascht verursaacht manner Deformatiounen, well an deem Fall d’Waasser an de Pore séier afréiert an de kapillare Waasserstroum ënnerbrach gëtt. Am Géigendeel verursaacht mëttleren a laang uhalende Frascht méi grouss Deformatiounen, wéinst der onbehënnerter Bildung vun Äislinse.
Wierkung vum Entblatéieren
Beim Opthauen schmëlzen als éischt d’Äislënsen am ieweschten Deel vum Uewerbuedem, während direkt drënner eng gefruer, an domat och onduerchlässeg Schicht erhale bleift. Well déi geschmolt Äislënsen eng grouss Quantitéit Waasser ginn, dat net duerch déi gefruer ënnescht Schicht ofsënke kann, sättigt dës erhéicht Waassermeng am Uewerflächenschicht de Buedem iwwerméisseg a mécht aus him eng flësseg Mass, déi keng Festegkeet huet, mee ënner Drock säitlech erausgedréckt gëtt. D’Deformatioune vum Buedem duerch d’Wierkung vum Opthauen kënne bedeitend a bestëmmte Fäll geféierlech sinn. Dës Deformatioune si heefeg bei Aushiewungen op Eisebunnslinnen a Stroossen, wou et am Fréijoer zu deelweisem Ofrutsche vun de Béi wéinst der Waassersättigung vum Buedem duerch geschmolt Äislënse kënnt, esou wéi och op Stroossen, där hire Fahrbéi sech ënner Verkéiersbelaaschtung op engem Buedem deforméieren, deen duerch Waassersättigung seng Tragfäegkeet verluer huet.
Kritär fir d’Bewäertung vum Afloss vum Frascht op de Buedem
Duerch d’Ënnersichung vun der Wierkung vum Frascht op verschidden Aarte vu Buedem koum een zum Schluss, datt ee bezüglech vum Verhalen bei Frascht zwou Aarte vu Buedem ënnerscheede soll: sécher a fraschtgeféierlech.
Biedem déi géint Frost sécher sinn sinn déi, bei deenen keng Äislinse gebilt ginn, egal wéi laang d’Frostdauer ass. Bei dëser Aart vu Buedem fënnt nëmmen d’Gefréiere vum Waasser an hire Poren an d’Bildung vun Äiskristaller statt, mat gerénge Verformungen beim Afwierken vum Frost. Zu dëser Grupp gehéieren Kies, Sand a ähnlech Biedem.
Biedem, déi géint Frascht geféierlech sinn, sinn déi, an deenen Äislënsen entstinn, wouduerch méi grouss Verformunge kënnen optrieden. Am Uewerflächeschicht gesammelt Waasser a Form vun Äislënsen bewierkt während der Fraschtwierkung och en Ofdréiwungseffekt. Zu dëser Grupp gehéieren verschidde schluffeg-leemeg, an besonnesch schluffeg Biedem.
Et ginn eng Rei vu Kritären fir d’Frostbestännegkeet vum Buedem ze bewäerten, ënnert deenen déi bekanntst d’Kritäre vun Arthur Casagrande a vu Rukli sinn, déi mir hei beschreiwen.
Krittär A. Casagrande
Dëse Critère baséiert op der granulometrescher Zesummesetzung vum Buedem a seet:
a) Bei Buedem mat gläichméisseger Zesummesetzung, deem säin Ongläichméissegkeetsgrad U < 5 ass, ass de Buedem frostgeféierlech, wann en méi wéi 10% Kären vun enger Gréisst ënner 0,02 mm enthält.
b) Bei Buedem vun ongläicher Zesummesetzung, där hire Grad vun Onreegelméissegkeet U > 15 ass, ass de Buedem fréifrostgefährdet, wann en méi wéi 3% Käre mat enger Gréisst ënner 0,02 mm enthält.
Obwuel dëst Kritär laang Zäit ugewandt gouf an ëmmer zouverlässeg Resultater geliwwert huet, ass säi Nodeel, datt en nëmmen op der Kornverdeelung vum Buedem baséiert a keng aner Faktoren berécksiichtegt, déi den Afloss vum Frascht am Buedem beaflossen. Dofir gëtt haut ugeholl, datt dëst Kritär ze streng an onekonomesch ass.
Rukliev-Krittär
No dëser Method gëtt de Buedem a zwou Fraktiounen no der Steifheet vun de feste Partikele gedeelt, nämlech an d’grounskorneg Fraktioun, Kären mat engem Duerchmiesser d > 2 mm an d’feinkorneg Fraktioun, Kären mat engem Duerchmiesser d < 2 mm. Fir d’Bewäertung vun der Fraschtbestännegkeet vum Buedem gëtt d’Ofhängegkeet vun der Quantitéit vun der feinkorneg Fraktioun vun der Quantitéit vun der grounskorneg Fraktioun festgeluecht, an dës Ofhängegkeet gëtt duerch eng ënnescht an eng iewescht Grenz uginn (Abb. 1).
Déi ënnescht Grenz stellt de maximal zougeloossene Undeel vu feste Partikelen mam Duerchmiesser d < 0,02 mm vum dréchene Gewiicht vun der Opfëllung duer, also vun der Fraktioun 0-2 mm, bei deem bei ongënschtege Bedéngungen, wéi héije Grondwaasserstand, ongënschteg klimatesch Verhältnisser (laangdauerend Fraschten) an héich natierlech Buedemfiichtegkeet, praktesch keng Schied duerch Frascht entstinn.
D’Uewergrenz stellt de gréisste zougeloossene Prozentsaz vu Partikele d < 0,02 mm vum dréchene Gewiicht vun der fein-korneg Fraktioun duer, bei deem praktesch keng Fraschtschied ënner gënschtege Bedéngungen optrieden, wéi z. B. nidderegen Niveau vum Grondwaasser, gënschtege klimatesche Bedéngungen (kuerzfristeg Fraschtperioden) an niddreger natierlecher Buedemfiichtegkeet.
Fig. 1 Ënnescht an iewescht Grenz fir d’Bewäertung vun der Frostgefor vum Buedem no dem Rukliew-Kritär
Schutz géint d’Wierkung vum Frascht am Buedem
D’Déift vun der Wierkung vum Frascht am Buedem hänkt vun de klimatesche Verhältnisser vun der Géigend of. An eisem Land läit si meeschtens 0,8 bis 1,0 m ënner der Terrainuewerfläch. Dofir gi Konstruktiounen, déi op enger Déift gläich oder méi grouss wéi 1,0 m gegrënnt sinn, net vum Frascht beaflosst.
Flach gegrënnte Konstruktiounen, wéi Stroossebeläg, sinn dem Fraschtsäin ausgesat, deen méi grouss Verformungen a Schied um Belag verursaache kann, souwuel beim Afréiere wéi och beim Oofdréinen. Dofir ass et bei der Ausféierung vu Stroossebeläg an op de Start- a Landebunnen op Fluchhäfen noutwendeg, de Buedem am Hibléck op d’Wierkung vum Frascht ze ënnersichen an am Fall, wou de Grondbuedem fraschtsensibel ass, Schutzmoossnamen ze huelen. Bei Stroossebeläg a Fluchhäfen ass déi effektivst Moossnam d’Ausféierung vun enger Tragschicht, där hir Déckt esou festgeluecht gëtt, datt d’Gesamtdéckt vum Belag an der Tragschicht 0,80 m fir schwéiere Verkéier bis 0,60 m fir liichte Verkéier ass. Meeschtens ass eng Déckt vun der Tragschicht vu 0,30 m ënner dem Belag genuch Schutz géint d’Wierkung vum Frascht.
D’Material fir d’Hierstelle vun der Schicht vum Stroossendësch ass meeschtens Sand oder sandsche Schotter, deen déi folgend Ufuerderunge erfëllen soll:
Plastizitéitsindex IP < 5
Den Undeel vun der Fraktioun d < 0,02 mm manner wéi 3%
Netgläichheetsgrad U > 7.
Den ieweschten Deel vun der Pufferlag mat enger Déck vu 20 cm däerf kee gläichméissege, fein-kornege Sand sinn wéinst net genuch Verdichtung an limitéierter Tragfäegkeet. An dësem Deel soll d’Pufferlag aus sandegen Kies bestoen mat 30-70% Kären an der Gréisst vun 2-30 mm. Käre méi grouss wéi 30 mm ginn net recommandéiert.
Niddreg gegrënnte Grenzmauere sinn och dem Frascht am Buedem ausgesat, wouduerch se sech neien, wat bei widderhuelter Fraschtwierkung iwwer Zäit zu hirem Ëmschloen a Stierze féiert. Dofir sollen dës Maueren op enger Déift vun 1,0 m gegrënnt ginn, wann de Buedem fraschtgeféierlech ass.