Ang epekto ng nagyeyelong lamig sa lupa

Mga deformasyon ng lupa na dulot ng lamig

Sa pagdating ng nagyeyelong panahon, ang malayang tubig na walang daloy ay nagyeyelo sa 0°C at sa paggawa nito ay lumalawak ng 9% ng sarili nitong bolyum. Gayunman, ang tubig sa makikitid na capillary na tubo ay hindi nagyeyelo sa 0°C, kundi sa mas mababang temperatura, na nasa pagitan ng -1°C hanggang -78°C. Ang huling temperaturang ito ng pagyeyelo ay natukoy sa pamamagitan ng mga laboratoryong pagsubok sa Amerika. Habang mas makitid ang capillary tube, lalo ring mas mababa ang temperatura ng pagyeyelo.

Sa lupa ay may mga butas na magkakaugnay sa lahat ng direksyon at bumubuo ng mga capillary na tubo. Sa buhangin, malalaki ang mga butas at bumubuo sila ng malalapad na capillary na tubo, kung saan nagyeyelo ang tubig sa 0°C o sa bahagyang mas mababang temperatura. Ang tubig ay nagyeyelo nang pantay-pantay, kung saan sa mga butas ay nabubuo ang mga kristal ng yelo, at ang pagtaas ng kanilang volume na 9% ay hindi nagdudulot ng anumang mas mahalagang deformasyon ng lupa. Sa lupang may pinong butil, mas maliliit ang mga butas at bumubuo sila ng makikitid na capillary na tubo kung saan nagyeyelo ang tubig sa mga temperaturang mas mababa sa 0°C. Gayunman, sa ibabaw na patong, ang lupa ay laging mas maluwag at may mas malalaking butas, kung saan nagyeyelo ang tubig sa 0°C at bumubuo ng mga kristal ng yelo. Ang mga kristal na ito ay humihila sa kanilang sarili ng pinalamig na tubig mula sa makikitid na mga butas nang may malaking puwersa, ang tinatawag na kristalizacionom silom. Kapag ang gayong nahatak na tubig ay dumampi sa mga kristal ng yelo at nagyeyelo rin, pinalalaki nito ang volume ng mga kristal ng yelo, na nagiging mga lente ng yelo, na ang kapal ay maaaring nasa humigit-kumulang 0,1 hanggang 10 mm. Ang nabubuong mga lente ng yelo ay nagdudulot ng malaking deformasyon ng lupa habang may epekto ang hamog na nagyelo, na sa lalo nang hindi kanais-nais na mga kalagayan ay maaaring umabot sa 30 at 50 cm.

Ang paglitaw at laki ng deformasyon ng lupa dahil sa epekto ng hamog na nagyelo ay nakasalalay pangunahin sa sumusunod na 3 na mga salik:

1. Granulometric na komposisyon ng lupa

2. Antas ng tubig sa ilalim ng lupa

3. Tagal ng lamig.

Ad 1) Sa usapin ng granulometrikong komposisyon, ang pinakamalakas na epekto ng hamog-na-yelo ay sa pinong-butil na lupa, na ang mga butas ay sapat na pinong bumuo ng makikitid na mga capillary na tubo, at kasabay nito ay may sapat na malaking permeability, na nagpapahintulot sa mabilis na sirkulasyon ng tubig habang may epekto ng hamog-na-yelo. Ang ganitong lupa ang pinakasensitibo sa hamog-na-yelo, kapwa sa bilis ng paglitaw at sa laki ng mga deformasyon. Ito ay mga lupang maalikabok, na binubuo pangunahin ng mga butil na may sukat na 0,02-0,002 mm. Ang mga butil na may sukat na >0,02 mm ay may mababang taas ng pag-akyat sa pamamagitan ng capillary, samantalang ang mga butil na may sukat na < 0,002 mm ay may mabagal na pag-akyat sa capillary, kaya sa parehong kaso sa panahon ng tagal ng hamog-na-yelo ay maliit na dami lamang ng tubig ang maaaring makarating sa sona ng epekto ng hamog-na-yelo. Kung ang luwad na lupa ay naglalaman ng higit sa 25% na partikulo na may sukat na < 0,002 mm, napakaliit ng permeability ng lupa at napakabagal ng sirkulasyon ng tubig sa mga butas, kaya ito ay nagyeyelo muna sa mga butas bago pa man mahila ang mga yelong lente.

Ad 2) Bilang karagdagan sa kundisyon hinggil sa granulometrikong komposisyon ng lupa, kailangan pang matugunan ang isa pang kundisyon upang mangyari ang mga deformasyon ng lupa dahil sa yelo. Ito ay ang pagkakaroon ng posibilidad ng pagdaloy ng tubig papunta sa sona ng pagkilos ng yelo. Kung hindi matutugunan ang kundisyong ito, ibig sabihin, kung ang mga kapilyari ng lupa ay hindi ugnay sa tubig na patuloy na dadaloy sa kanila sa panahon ng pagkilos ng yelo, hindi magkakaroon ng mga deformasyon dahil sa yelo, anuman ang granulometrikong komposisyon ng lupa.

Kung mas mataas ang antas ng tubig sa ilalim ng lupa, mas malaki ang posibilidad ng mga depermasyon ng lupa dahil sa epekto ng hamog na nagyelo. Kung ang antas ng tubig sa ilalim ng lupa ay nasa mas malalim na lugar kaysa sa taas ng pag-angat ng tubig sa kapilyaryo ng naturang lupa, ang mga depermasyon dahil sa hamog na nagyelo ay hindi gaanong mahalaga.

Ad 3) Kung mas mahaba ang panahon ng tuluy-tuloy na taglamig na nagyeyelo, lalo ring mas malaki ang mga deformasyon dahil sa yelo, dahil sa pagbuo ng mas malalaki at mas maraming lente. Ang matindi at panandaliang lamig ay nagdudulot ng mas kaunting deformasyon, sapagkat sa gayong kalagayan ay biglang nagyeyelo ang tubig sa mga pore at napuputol ang kapilar na pagdaloy ng tubig. Sa kabaligtaran, ang katamtaman at pangmatagalang lamig ay nagdudulot ng mas malalaking deformasyon dahil sa walang hadlang na pagbuo ng mga lente ng yelo.

Epekto ng pagde-bull

Sa panahon ng pagkatunaw ng yelo, unang natutunaw ang mga lente ng yelo sa itaas na bahagi ng pang-ibabaw na lupa, samantalang sa kaagad na ilalim nito ay nananatili ang nagyelong, at samakatwid ay hindi mapasok ng tubig, na patong. Dahil ang natunaw na mga lente ng yelo ay nagbibigay ng malaking dami ng tubig, na hindi makalulusot sa nagyelong mas mababang patong, ang dagdag na dami ng tubig sa pang-ibabaw na patong na ito ay nagpapabusog nang lampas sa kailangan ang lupa at ginagawa itong mala-likidong masa, na walang anumang tigas, kundi napipiga palabas sa gilid sa ilalim ng presyon. Ang mga deformasyon ng lupa dahil sa epekto ng pagkatunaw ng yelo ay maaaring maging malaki at sa ilang pagkakataon ay mapanganib. Karaniwan ang mga deformasyong ito sa mga hiwa sa mga linya ng riles at mga daan, kung saan sa tagsibol ay may bahagyang pagdulas ng mga dalisdis dahil sa pagkapuno ng lupa ng tubig mula sa natunaw na mga lente ng yelo, gayundin sa mga daan, na ang mga kalsadang bahagi ay nade-deform sa ilalim ng trapiko sa lupang nawalan ng kapasidad sa dala dahil sa pagkabusog sa tubig.

Pamantayan para sa pagtatasa ng epekto ng nagyeyelong panahon sa lupa

Sa pag-aaral ng epekto ng frost sa iba’t ibang uri ng lupa, napag-alaman na sa usapin ng pag-uugali sa lamig may dalawang uri ng lupa na dapat pag-ibahin: ligtas at mapanganib sa frost.

Ang mga lupang ligtas sa pagyeyelo ay yaong mga lupang hindi nabubuo ng mga yelong lente, gaano man katagal ang panahon ng nagyeyelong temperatura. Sa ganitong uri ng lupa, ang tubig lamang sa mga pore nito ang nagyeyelo at nabubuo ang mga kristal ng yelo, na may di-kalinangang mga deformasyon sa ilalim ng pagkilos ng hamog na nagyelo. Kabilang sa grupong ito ang graba, buhangin at mga kahalintulad na lupa.

Ang mga lupaing mapanganib kapag nagyeyelo ay yaong mga lupaing nabubuo ang mga lente ng yelo, dahil dito ay maaaring maganap ang mas malalaking deformasyon. Ang naipong tubig sa ibabaw na patong sa anyo ng mga lente ng yelo sa panahon ng pagyeyelo ay nagdudulot din ng epekto ng pag-angat at pagkatunaw ng yelo. Kabilang sa grupong ito ang ilang alikabok-luwad at lalo na ang mga lupang maalikabok.

May ilang pamantayan para sa pagtataya ng tibay ng lupa laban sa nagyeyelo, at kabilang sa pinakakilala ang mga pamantayan nina Arthur Casagrande at Rukli, na ilalarawan natin dito.

Pamantayan A. Casagrande

Ang pamantayang ito ay nakabatay sa granulometrikong komposisyon ng lupa at nakasaad nang ganito:

a) Sa lupa na may pantay na komposisyon, na ang antas ng hindi pagkakapantay-pantay U < 5, ang lupa ay delikado sa hamog na nagyelo kung naglalaman ito ng higit sa 10% na mga butil na may sukat na mas mababa sa 0,02 mm.

b) Sa lupang di-pantay ang komposisyon, na ang antas ng hindi pagkakapantay-pantay U > 15, ang lupa ay mapanganib sa hamog na nagyelo kung naglalaman ito ng higit sa 3% butil na may sukat na mas mababa sa 0,02 mm.

Bagaman matagal nang ginagamit ang pamantayang ito at palaging nagbigay ng maaasahang mga resulta, ang kahinaan nito ay nakabatay lamang ito sa granulasyon ng lupa at hindi isinasaalang-alang ang iba pang mga salik na nakaaapekto sa pagyeyelo sa lupa. Dahil dito, itinuturing ngayon na ang pamantayang ito ay labis na mahigpit at hindi matipid.

Kriterium ni Rukliev

Sa pamamaraang ito, hinahati ang lupa sa dalawang fraksiyon ayon sa katigasan ng mga solidong partikulo, katulad ng magaspang na fraksiyon, mga butil na may diyametrong d > 2 mm at pinong fraksiyon, mga butil na may diyametrong d < 2 mm. Para sa pagtatasa ng katatagan ng lupa laban sa lamig, itinatakda ang ugnayan ng dami ng pinong fraksiyon sa dami ng magaspang na fraksiyon at ang ugnayang ito ay ibinibigay ng mas mababa at mas mataas na hangganan (fig. 1).

Ang ibabang hangganan ay kumakatawan sa pinakamataas na pinahihintulutang porsiyento ng mga matitigas na partikulo na may diyametrong d < 0,02 mm ng tuyong bigat ng backfill, ibig sabihin, ng fraksiyong 0-2 mm, kung saan halos walang pinsalang dulot ng hamog-na-yelo ang nagaganap sa hindi kanais-nais na mga kundisyon, gaya ng mataas na antas ng tubig sa ilalim ng lupa, hindi paborableng mga kundisyong pangklima (matitinding tagyeyelo) at mataas na likas na halumigmig ng lupa.

Ang itaas na hangganan ay kumakatawan sa pinakamataas na pinahihintulutang porsiyento ng mga partikulong d < 0,02 mm ng tuyong timbang ng pinong-butil na bahagi kung saan sa praktika ay walang nagaganap na anumang pinsala dahil sa hamog na nagyelo sa mga paborableng kondisyon, tulad ng mababang antas ng tubig sa ilalim ng lupa, paborableng mga kondisyon ng klima (panandaliang mga pagyelo) at maliit na likas na kahalumigmigan ng lupa.

Lar. 1 Ibaba at itaas na hangganan para sa pagtataya ng panganib ng lupa sa hamog na nagyelo ayon sa pamantayan ni Rukliev

Proteksiyon laban sa epekto ng yelo sa lupa

Ang lalim ng epekto ng nagyeyelong lamig sa lupa ay nakasalalay sa klimatikong kalagayan ng lugar. Sa ating bansa, ito ay karaniwang 0,8 hanggang 1,0 m sa ibaba ng ibabaw ng lupain. Samakatuwid, ang mga estrukturang may pundasyon sa lalim na katumbas ng o mas malaki sa 1,0 m ay hindi maaapektuhan ng nagyeyelong lamig.

Ang mga istrukturang mababaw ang pundasyon gaya ng mga kalsadang daanan ay nalalantad sa epekto ng nagyeyelong lamig, na maaaring magdulot ng mas malalaking deformasyon at pinsala sa daanan, kapwa sa pagyeyelo at sa pagkatunaw. Kaya, sa paggawa ng mga daanan sa mga kalsada at ng mga runway sa mga paliparan, kinakailangang suriin ang lupa hinggil sa epekto ng lamig at, kung ang lupang pundasyon ay mapanganib sa lamig, kailangang magsagawa ng mga pananggalang na hakbang. Sa mga daanan sa mga kalsada at paliparan, ang pinakamabisang hakbang ay ang paggawa ng buffer layer, na ang kapal ay tinutukoy upang ang kabuuang kapal ng daanan at ng buffer layer ay 0,80 m para sa mabigat na trapiko hanggang 0,60 m para sa magaan na trapiko. Kadalasan, ang kapal ng buffer layer na 0,30 m sa ilalim ng daanan ay sapat na proteksiyon laban sa epekto ng lamig.

Ang materyal para sa paggawa ng tampong layer ay karaniwang buhangin o mabuhanging graba, na dapat matugunan ang mga sumusunod na kondisyon:

Index ng plastisidad IP < 5

Bahagi ng fraksiyon d < 0,02 mm na mas mababa sa 3%

Antas ng di-pagkakapantay U > 7.

Ang itaas na bahagi ng patong-pantambak na may kapal na 20 cm ay hindi dapat maging pantay at pinong-butil na buhangin dahil sa hindi sapat na pagsisiksik at limitadong kapasidad na magdala ng bigat. Sa bahaging ito, ang patong-pantambak ay dapat na mabuhanging graba na may 30-70% ng mga butil na may sukat na 2-30 mm. Ang mga butil na mas malaki sa 30 mm ay hindi inirerekomenda.

Ang mga pader ng bakod na mababaw ang pundasyon ay naaapektuhan din ng hamog na nagyelo sa lupa, na nagiging sanhi ng kanilang pagtabingi at, sa paulit-ulit na epekto ng nagyelo sa paglipas ng panahon, ng kanilang pagtumba at pagkasira. Dahil dito, ang mga pader na ito ay dapat pundasyonan sa lalim na 1,0 m, kung ang lupa ay delikado sa hamog na nagyelo.