Deformimet e tokës si pasojë e veprimit të ngricës
Nën veprimin e ngricës, uji i lirë pa rrjedhje ngrin në 0°C dhe gjatë kësaj zgjerohet për 9% të vëllimit të tij. Megjithatë, uji në tubat kapilarë të ngushtë nuk ngrin në 0°C, por në temperatura më të ulëta, që lëvizin nga -1°C deri në -78°C. Kjo temperaturë e fundit e ngrirjes u përcaktua me prova laboratorike në Amerikë. Sa më i ngushtë të jetë tubi kapilar, aq më e ulët është temperatura e ngrirjes.
Në tokë ekzistojnë pore që janë të lidhura mes tyre në të gjitha drejtimet dhe formojnë tuba kapilarë. Në rërë poret janë të mëdha dhe formojnë tuba kapilarë të gjerë, në të cilët uji ngrin në 0°C ose në një temperaturë pak më të ulët. Uji ngrin në mënyrë të njëtrajtshme, gjatë së cilës në pore formohen kristale akulli, rritja e vëllimit të të cilëve prej 9% nuk shkakton ndonjë deformim më të rëndësishëm të tokës. Në tokat me përbërje grimcash të imta poret janë më të vogla dhe formojnë tuba kapilarë të ngushtë në të cilët uji ngrin në temperatura më të ulëta se 0°C. Megjithatë, në shtresën sipërfaqësore toka është gjithmonë më e shkrifët me pore më të mëdha, në të cilat uji ngrin në 0°C dhe formon kristale akulli. Këta kristale tërheqin drejt vetes ujin e ftohur nga poret e ngushta me forcë të madhe, të ashtuquajturën forcë kristalizimi. Kur uji i tërhequr në këtë mënyrë bie në kontakt me kristalet e akullit dhe vetë ngrin, duke rritur vëllimin e kristaleve të akullit, të cilët bëhen thjerrëza akulli, trashësia e të cilave mund të jetë rreth 0,1 deri 10 mm. Thjerrëzat e formuara të akullit shkaktojnë deformim të ndjeshëm të tokës gjatë veprimit të ngricës, i cili në rrethana veçanërisht të pafavorshme mund të arrijë deri në 30 dhe 50 cm.
Shfaqja dhe madhësia e deformimit të tokës si pasojë e veprimit të ngricës varen kryesisht nga këta 3 faktorë:
-
Niveli i ujërave nëntokësore
-
Kohëzgjatja e ngricës.
Ad 1) Për sa i përket përbërjes granulometrike, veprimi më i madh i ngricës është te toka me kokrriza të imëta, poret e së cilës janë mjaft të vogla për të formuar kapilarë të ngushtë, dhe njëkohësisht ka përshkueshmëri mjaft të madhe, e cila mundëson qarkullim të shpejtë të ujit gjatë veprimit të ngricës. Një tokë e tillë është më e ndjeshme ndaj ngricës, si në aspektin e shpejtësisë së shfaqjes ashtu edhe në aspektin e madhësisë së deformimeve. Këto janë toka pluhurore, të cilat përbëhen kryesisht nga kokrra me madhësi 0,02-0,002 mm. Kokrra me madhësi >0,02 mm kanë lartësi të vogël të ngritjes kapilare, ndërsa kokrrat me madhësi < 0,002 mm kanë ngritje kapilare të ngadaltë, kështu që në të dy rastet gjatë kohëzgjatjes së ngricës në zonën e veprimit të ngricës mund të arrijë vetëm një sasi më e vogël uji. Nëse toka argjilore përmban mbi 25% grimca me madhësi < 0,002 mm, përshkueshmëria e tokës është shumë e vogël dhe qarkullimi i ujit në pore është aq i ngadalshëm, saqë ai në pore ngrin më parë sesa mund të tërhiqen thjerrëzat e akullit.
Ad 2) Përveç kushtit lidhur me përbërjen granulometrike të tokës, duhet të përmbushet edhe një kusht tjetër që të ndodhin deformimet e tokës nga ngrica. Kjo është që të ekzistojë mundësia e furnizimit me ujë në zonën e veprimit të ngricës. Nëse ky kusht nuk do të përmbushej, dmth. nëse kapilarët e tokës nuk do të ishin në lidhje me ujin që do të rridhte vazhdimisht nëpër ta gjatë veprimit të ngricës, nuk do të ndodhnin deformime nga ngrica, pavarësisht nga përbërja granulometrike e tokës.
Sa më i lartë të jetë niveli i ujërave nëntokësore, aq më e madhe është mundësia e deformimeve të tokës për shkak të veprimit të ngricës. Nëse niveli i ujërave nëntokësore është në një thellësi më të madhe se lartësia e ngritjes kapilare të ujit të tokës së dhënë, deformimet për shkak të veprimit të ngricës janë të papërfillshme.
Ad 3) Sa më i gjatë të jetë periudha kohore e vazhduar e ngricës, aq më të mëdha janë deformimet nga ngrica, për shkak të krijimit të lenteve më të mëdha dhe më të shumta. Ngrica e fortë dhe afatshkurtër shkakton deformime më të vogla, sepse në atë rast ndodh ngrirja e menjëhershme e ujit në pore dhe ndërprerja e rrjedhjes kapilare të ujit. Përkundrazi, ngrica mesatare dhe afatgjatë shkakton deformime më të mëdha për shkak të krijimit të pandërprerë të lenteve të akullit.
Veprimi i çakordimit
Gjatë shkrirjes së ngricës, fillimisht shkrihen thjerrëzat e akullit në pjesën e sipërme të tokës sipërfaqësore, ndërsa menjëherë poshtë saj mbetet shtresa e ngrirë, dhe për rrjedhojë edhe e papërshkueshme. Meqenëse thjerrëzat e shkrira të akullit japin një sasi të madhe uji, i cili nuk mund të depërtojë përmes shtresës së ngrirë të poshtme, kjo sasi e shtuar uji në shtresën sipërfaqësore e ngop tej mase tokën dhe e shndërron në një masë të lëngshme, e cila nuk ka asnjë qëndrueshmëri, por shtyhet anash nën presion. Deformimet e tokës si pasojë e shkrirjes së ngricës mund të jenë të ndjeshme dhe në disa raste të rrezikshme. Këto deformime janë të shpeshta në prerjet e hekurudhave dhe rrugëve, ku në pranverë ndodh rrëshqitje e pjesshme e pjerrësive për shkak të ngopjes së tokës me ujë nga thjerrëzat e shkrira të akullit, si edhe në rrugë, ku shtresat e kalueshme deformohen nën trafikun mbi tokë që ka humbur mbajtshmërinë si pasojë e ngopjes me ujë.
Kriteri për vlerësimin e veprimit të ngricës mbi tokën
Duke studiuar veprimin e ngricës mbi lloje të ndryshme dheu, u arrit në përfundimin se, sa i përket sjelljes ndaj ngricës, duhet të dallohen dy lloje dheu: të sigurta dhe të rrezikshme ndaj ngricës.
Tokat të sigurta ndaj ngricës janë ato, te të cilat nuk krijohen thjerrëza akulli, pavarësisht sa i gjatë të jetë kohëzgjatja e ngricës. Te kjo lloj toke ndodh vetëm ngrirja e ujit në poret e saj dhe formimi i kristaleve të akullit, me deformime të vogla gjatë veprimit të ngricës. Në këtë grup bëjnë pjesë zhavorri, rëra dhe toka të ngjashme.
Tokat e rrezikshme ndaj ngricës janë ato, te të cilat formohen thjerrëza akulli, si pasojë e të cilave mund të shfaqen deformime më të mëdha. Uji i grumbulluar në shtresën sipërfaqësore në formë thjerrëzash akulli gjatë veprimit të ngricës shkakton gjithashtu edhe veprimin e shkrirjes. Në këtë grup bëjnë pjesë disa toka pluhuroro-argjilore dhe veçanërisht toka pluhurore.
Ekzistojnë disa kritere për vlerësimin e qëndrueshmërisë së tokës ndaj ngricës, ndër të cilat më të njohurat janë kriteret e Arthur Casagrande dhe të Ruklit, të cilat do t’i përshkruajmë këtu.
Kriteri i A. Casagrande-s
Ky kriter bazohet në përbërjen granulometrike të tokës dhe është si vijon:
a) Te toka me përbërje të njëtrajtshme, shkalla e njëtrajtshmërisë U < 5, toka është e rrezikuar nga ngrica nëse përmban më shumë se 10% të kokrrizave me madhësi nën 0,02 mm.
b) Te toka me përbërje jo të njëtrajtshme, shkalla e jojanësisë U > 15, toka është e rrezikshme nga ngrica nëse përmban më shumë se 3% kokrriza me madhësi nën 0,02 mm.
Megjithëse ky kriter është zbatuar për një kohë të gjatë dhe ka dhënë gjithmonë rezultate të sigurta, mangësia e tij është se mbështetet vetëm në granulometrinë e tokës dhe nuk merr parasysh edhe faktorë të tjerë që ndikojnë në veprimin e ngricës në tokë. Për këtë arsye sot konsiderohet se ky kriter është tepër i rreptë dhe joekonomik.
Kriteri i Ruklievit
Sipas kësaj metode toka ndahet në dy fraksione sipas ngurtësisë së grimcave të ngurta, përkatësisht në fraksionin me kokrriza të trasha, me grimca me diametër d > 2 mm dhe fraksionin me kokrriza të imta, me grimca me diametër d < 2 mm. Për vlerësimin e qëndrueshmërisë së tokës ndaj ngricës vendoset varësia e sasisë së fraksionit me kokrriza të imta nga sasia e fraksionit me kokrriza të trasha dhe kjo varësi paraqitet me kufirin e poshtëm dhe të sipërm (fig. 1).
Kufiri i poshtëm paraqet përqindjen më të madhe të lejuar të grimcave të ngurta me diametër d < 0,02 mm nga pesha e thatë e mbushjes, pra fraksionit 0-2 mm, për të cilin praktikisht nuk ndodhin dëmtime nga ngrica në kushte të pafavorshme, siç janë niveli i lartë i ujërave nëntokësore, kushtet e pafavorshme klimatike (ngrica të gjata) dhe lagështia e madhe natyrore e tokës.
Kufiri i sipërm paraqet përqindjen më të madhe të lejuar të grimcave d < 0,02 mm të peshës së thatë të fraksionit të imët me të cilën praktikisht nuk ndodhin dëme nga ngrica në kushte të favorshme, siç janë niveli i ulët i ujit nëntokësor, kushtet e favorshme klimatike (ngrica afatshkurtra) dhe lagështia e vogël natyrore e tokës.
Fig. 1 Kufiri i poshtëm dhe i sipërm për vlerësimin e rrezikut të ngrirjes së tokës sipas kriterit të Ruklie-s
Mbrojtja kundër veprimit të ngricës në tokë
Thellësia e veprimit të ngricës në tokë varet nga kushtet klimatike të zonës. Në vendin tonë ajo është kryesisht 0,8 deri 1,0 m nën sipërfaqen e terrenit. Prandaj, konstruksionet e themeluara në një thellësi të barabartë ose më të madhe se 1,0 m nuk do të jenë nën ndikimin e ngricës.
Konstruksionet me themele të cekëta, siç janë shtresat e rrugëve, janë të ekspozuara ndaj veprimit të ngricës, e cila mund të shkaktojë deformime dhe dëmtime më të mëdha në shtresën rrugore, si gjatë ngrirjes ashtu edhe gjatë shkrirjes. Prandaj, gjatë ndërtimit të shtresave rrugore dhe pistave të ngritjes e uljes në aeroporte, është e nevojshme të shqyrtohet toka për sa i përket veprimit të ngricës dhe, në rast se toka themelore është e rrezikshme ndaj ngricës, duhet të merren masa mbrojtëse. Te shtresat rrugore në rrugë dhe aeroporte masa më efikase është ndërtimi i shtresës tampon, trashësia e së cilës përcaktohet në mënyrë që trashësia e përgjithshme e shtresës rrugore dhe e shtresës tampon të jetë 0,80 m për trafik të rëndë deri në 0,60 m për trafik të lehtë. Zakonisht, trashësia e shtresës tampon 0,30 m nën shtresën rrugore është mbrojtje e mjaftueshme kundër veprimit të ngricës.
Materiali për shtresën tampon është zakonisht rërë ose zhavorr ranor, i cili duhet të plotësojë kushtet e mëposhtme:
Indeksi i plasticitetit IP < 5
Përmbajtja e fraksionit d < 0,02 mm më e vogël se 3%
Shkalla e jo njëtrajtshmërisë U > 7.
Pjesa e sipërme e shtresës tampon me trashësi 20 cm nuk duhet të jetë rërë njëtrajtëshe dhe me grimca të imta për shkak të ngjeshjes së pamjaftueshme dhe aftësisë mbajtëse të kufizuar. Në këtë pjesë shtresa tampon duhet të jetë zhavorr ranor me 30-70%% grimca me madhësi 2-30 mm. Grimcat më të mëdha se 30 mm nuk rekomandohen.
Muret rrethuese të themeluara në mënyrë të cekët janë gjithashtu nën ndikimin e ngricës në tokë, si pasojë e së cilës ato anojnë, gjë që me veprimin e përsëritur të ngricës me kalimin e kohës çon në përmbysjen dhe shembjen e tyre. Prandaj këto mure duhet të themelohen në thellësi 1,0 m, nëse toka është e rrezikshme nga ngrica.