پالا کے اثر سے مٹی کی بگاڑیں
پالا پڑنے کی صورت میں، بغیر بہاؤ والا آزاد پانی 0°C پر جم جاتا ہے اور اس وقت اپنی حجم کا 9% تک پھیل جاتا ہے۔ تاہم تنگ کیپلری نالیوں میں پانی 0°C پر نہیں جمta بلکہ کم درجہ حرارت پر جمta ہے، جو -1°C سے -78°C تک ہوتے ہیں۔ یہ آخری منجمد ہونے کا درجہ حرارت امریکا میں لیبارٹری تجربات سے طے کیا گیا تھا۔ جتنی کیپلری نالی تنگ ہوگی، منجمد ہونے کا درجہ حرارت اتنا ہی کم ہوگا۔
مٹی میں ایسے مسام موجود ہوتے ہیں جو ہر سمت میں آپس میں جڑے ہوتے ہیں اور باریک نالیوں کی شکل اختیار کر لیتے ہیں۔ ریت میں یہ مسام بڑے ہوتے ہیں اور چوڑی باریک نالیاں بناتے ہیں، جن میں پانی 0°C پر یا اس سے کچھ کم درجۂ حرارت پر جم جاتا ہے۔ پانی یکساں طور پر جمتا ہے، جس سے مساموں میں برف کے کرسٹل بنتے ہیں، اور ان کا حجمی اضافہ 9% کے برابر ہونے کے باوجود مٹی کی کوئی خاص قابلِ ذکر بگاڑ پیدا نہیں کرتا۔ باریک ذرّاتی ساخت والی مٹی میں مسام چھوٹے ہوتے ہیں اور تنگ باریک نالیاں بناتے ہیں جن میں پانی 0°C سے کم درجۂ حرارتوں پر جم جاتا ہے۔ تاہم سطحی تہہ میں مٹی ہمیشہ زیادہ ڈھیلی ہوتی ہے اور اس کے مسام نسبتاً بڑے ہوتے ہیں، جن میں پانی 0°C پر جم کر برف کے کرسٹل بناتا ہے۔ یہ کرسٹل باریک مساموں سے ٹھنڈا ہوا پانی بڑی قوت سے اپنی طرف کھینچتے ہیں، جسے تکلیسی قوت کہا جاتا ہے۔ جب اس طرح کھنچا ہوا پانی برف کے کرسٹلز سے چھو جاتا ہے اور خود بھی جم جاتا ہے، تو برف کے کرسٹلوں کا حجم بڑھتا ہے اور وہ برفی عدسے بن جاتے ہیں، جن کی موٹائی تقریباً 0,1 سے 10 mm تک ہو سکتی ہے۔ بنے ہوئے برفی عدسے سردی کے اثر کے دوران مٹی میں نمایاں بگاڑ پیدا کرتے ہیں، جو خاص طور پر ناموافق حالات میں 30 اور 50 cm تک پہنچ سکتا ہے۔
پالا کے اثر سے مٹی میں بگاڑ کے ظہور اور مقدار کا انحصار بالعموم درج ذیل 3 عوامل پر ہوتا ہے:
-
زمینی پانی کی سطح
-
پالا رہنے کی مدت۔
Ad 1) دانہ جاتی ترکیب کے لحاظ سے، مَرَز کا سب سے بڑا اثر باریک دانے والی مٹی پر ہوتا ہے، جس کے مسام اتنے باریک ہوتے ہیں کہ تنگ کیپلری نالیاں بناتے ہیں، اور ساتھ ہی اس میں اتنی زیادہ نفوذ پذیری ہوتی ہے جو مَرَز کے دوران پانی کی تیز گردش کو ممکن بناتی ہے۔ ایسی مٹی مَرَز کے لیے سب سے زیادہ حساس ہوتی ہے، خواہ ظاہر ہونے کی رفتار کے لحاظ سے ہو یا بگاڑ کی مقدار کے لحاظ سے۔ یہ دھول دار مٹیاں ہوتی ہیں، جو زیادہ تر 0,02-0,002 mm سائز کے ذرّات پر مشتمل ہوتی ہیں۔ 0,02 mm سے بڑے ذرّات میں کیپلری اوپر چڑھائی کی اونچائی کم ہوتی ہے، جبکہ 0,002 mm سے چھوٹے ذرّات میں کیپلری اوپر چڑھائی سست ہوتی ہے، اس لیے دونوں صورتوں میں مَرَز کے دوران مَرَز کے اثر کے زون تک صرف کم مقدار میں پانی پہنچ سکتا ہے۔ اگر چکنی مٹی میں 25% فیصد سے زیادہ 0,002 mm سے چھوٹے ذرّات ہوں، تو مٹی کی نفوذ پذیری بہت کم ہوتی ہے اور مساموں میں پانی کی گردش اتنی سست ہوتی ہے کہ وہ مساموں میں برفانی عدسے بننے سے پہلے ہی جم جاتا ہے۔
Ad 2) مٹی کی دانہ بندی کی ترکیب کے حوالے سے شرط کے علاوہ ایک اور شرط بھی پوری ہونی چاہیے تاکہ سردی کے اثر سے مٹی میں بگاڑ پیدا ہو۔ وہ یہ ہے کہ سردی کے اثر والے علاقے تک پانی کے پہنچنے کی صورت موجود ہو۔ اگر یہ شرط پوری نہ ہو، یعنی اگر مٹی کی باریک نالیاں اس پانی سے مربوط نہ ہوں جو سردی کے اثر کے دوران ان میں مسلسل بہتا رہے، تو سردی سے پیدا ہونے والا بگاڑ واقع نہیں ہوگا، چاہے مٹی کی دانہ بندی کی ترکیب کچھ بھی ہو۔
جتنا زیرِ زمین پانی کی سطح بلند ہوگی، اتنی ہی زیادہ مٹی میں پالا اثر کے باعث بگاڑ پیدا ہونے کی امکان ہوگی۔ اگر زیرِ زمین پانی کی سطح اس گہرائی پر ہو جو متعلقہ مٹی میں پانی کے کیپیلری چڑھاؤ کی اونچائی سے زیادہ ہو، تو پالا اثر سے پیدا ہونے والی بگاڑ بہت معمولی ہوتی ہے۔
Ad 3) اگر مسلسل پڑنے والے پالا کا زمانہ زیادہ ہو، تو پالا سے ہونے والی شکل تبدیلیاں بھی زیادہ ہوتی ہیں، کیونکہ بڑے اور زیادہ تعداد میں عدسے بنتے ہیں۔ شدید اور مختصر مدت کا پالا کم شکل تبدیلیاں پیدا کرتا ہے، کیونکہ اس صورت میں سوراخوں کے پانی کا اچانک جم جانا اور پانی کے کیپلری بہاؤ کا رک جانا ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، درمیانی اور طویل مدت کا پالا برف کے عدسوں کی بلا رکاوٹ تشکیل کی وجہ سے زیادہ شکل تبدیلیاں پیدا کرتا ہے۔
ڈی-نیٹرنگ کا اثر
پگھلاؤ کے دوران، سب سے پہلے سطحی مٹی کے بالائی حصے میں موجود برف کے لینز پگھلتے ہیں، جبکہ ان کے بالکل نیچے جمی ہوئی، اور اس لیے ناقابلِ نفوذ، تہہ باقی رہتی ہے۔ چونکہ پگھلے ہوئے برف کے لینز پانی کی بڑی مقدار پیدا کرتے ہیں، جو نیچے کی جمی ہوئی تہہ سے گزر نہیں سکتی، اس لیے سطحی تہہ میں پانی کی یہ بڑھی ہوئی مقدار مٹی کو حد سے زیادہ سیراب کر دیتی ہے اور اسے ایک مائع ماس میں بدل دیتی ہے، جس میں کوئی مضبوطی نہیں ہوتی بلکہ دباؤ کے تحت وہ طرفوں کی سمت نچوڑا جاتا ہے۔ پگھلاؤ کے اثر سے مٹی کی بگاڑیں نمایاں ہو سکتی ہیں اور بعض صورتوں میں خطرناک بھی۔ یہ بگاڑیں ریلوے لائنوں اور سڑکوں کی کٹائیوں میں عام ہیں، جہاں بہار میں پگھلے ہوئے برف کے لینز کے پانی سے مٹی کی حد سے زیادہ سیرابی کے باعث ڈھلوانوں کی جزوی سرکناہٹ ہوتی ہے، نیز سڑکوں پر بھی، جن کی پختہ سڑکیں ٹریفک کے تحت اس مٹی پر بگڑ جاتی ہیں جو پانی سے حد سے زیادہ سیراب ہو کر اپنی برداشت کھو چکی ہو۔
مٹی پر پالا کے اثر کا اندازہ لگانے کا معیار
مختلف اقسام کی مٹی پر پالا کے اثرات کے مطالعے سے یہ نتیجہ اخذ کیا گیا کہ پالا برداشت کے لحاظ سے مٹی کی دو اقسام میں فرق کرنا چاہیے: محفوظ اور پالا زدہ خطرناک۔
ٹھنڈ سے محفوظ مٹی وہ ہوتی ہیں جن میں برف کے عدسے نہیں بنتے، چاہے ٹھنڈ کی مدت کتنی ہی طویل کیوں نہ ہو۔ اس قسم کی مٹی میں صرف اس کے مساموں کے پانی کا جم جانا اور برف کے کرسٹلوں کی تشکیل ہوتی ہے، اور ٹھنڈ کے اثر سے معمولی بگاڑ پیدا ہوتا ہے۔ اس گروہ میں بجری، ریت اور اسی نوع کی مٹی شامل ہیں۔
پالا سے خطرناک مٹی وہ ہوتی ہیں جن میں برفانی عدسے بنتے ہیں، جس کے نتیجے میں زیادہ بڑی بگاڑیں پیدا ہو سکتی ہیں۔ سطحی تہہ میں جمع شدہ پانی، برفانی عدسوں کی شکل میں، پالا لگنے کے دوران پگھلاؤ کا اثر بھی پیدا کرتا ہے۔ اس گروہ میں بعض گرد آلود-رسیلی اور خاص طور پر گرد آلود مٹی شامل ہیں۔
مٹی کی پالا کے خلاف پائیداری کا اندازہ لگانے کے لیے کئی معیار موجود ہیں، جن میں آرتھر کاساگراند اور رکلی کے معیار سب سے معروف ہیں، اور ہم یہاں ان کی وضاحت کریں گے۔
A. Casagrande کا معیار
یہ معیار مٹی کی ذرّاتی ترکیب پر مبنی ہے اور یوں بیان ہوتا ہے:
a) یکساں ترکیب والی مٹی میں، جس کا غیر یکسانیت کا درجہ U < 5 ہو، تو اگر اس میں 10% سے زیادہ دانے 0,02 mm سے کم سائز کے ہوں تو مٹی ٹھنڈ سے متاثر ہونے کے لحاظ سے خطرناک ہے۔
b) غیر یکنواخت ترکیب والی مٹی میں، جس کی غیر یکنواختی کی ڈگری U > 15 ہو، اگر اس میں 3% سے زیادہ ایسے دانے ہوں جن کا سائز 0,02 mm سے کم ہو، تو وہ مٹی پالا پڑنے کے لیے خطرناک ہے۔
اگرچہ یہ معیار طویل عرصے تک استعمال ہوتا رہا اور ہمیشہ قابلِ اعتماد نتائج دیتا رہا، اس کی خامی یہ ہے کہ یہ صرف مٹی کی granulometry پر مبنی ہے اور مٹی میں frost کے اثرات پر اثرانداز ہونے والے دوسرے عوامل کو بھی مدنظر نہیں رکھتا۔ اسی لیے آج اسے بہت سخت اور غیر اقتصادی سمجھا جاتا ہے۔
Rukliev معیار
اس طریقے کے مطابق مٹی کو سخت ذرات کی مضبوطی کے لحاظ سے دو حصوں میں تقسیم کیا جاتا ہے، یعنی موٹے دانے دار حصے میں، جس کے دانوں کا قطر d > 2 mm ہو، اور باریک دانے دار حصے میں، جس کے دانوں کا قطر d < 2 mm ہو۔ مٹی کی پالا کے خلاف پائیداری کے اندازے کے لیے باریک دانے دار حصے کی مقدار کا موٹے دانے دار حصے کی مقدار سے تعلق قائم کیا جاتا ہے، اور یہ تعلق نچلی اور اوپری حد کے ذریعے دیا گیا ہے (شکل 1).
زیریں حد سخت ذرّات کے اُس زیادہ سے زیادہ قابلِ اجازت فیصد کی نمائندگی کرتی ہے جن کا قطر d < 0,02 mm ہو، اور جو بھرائی کے خشک وزن کے اعتبار سے، یعنی 0-2 mm فرکشن، اس حد تک ہوں کہ ناموافق حالات، جیسے زمینی پانی کی سطح کا بلند ہونا، ناموافق موسمی حالات (طویل سردیاں) اور مٹی کی زیادہ قدرتی نمی، کے باوجود عملی طور پر کوئی نقصان مَرَز سے پیدا نہ ہو۔
اوپری حد وہ زیادہ سے زیادہ قابلِ اجازت تناسب ظاہر کرتی ہے جس میں باریک ذرات d < 0,02 mm خشک وزن کے لحاظ سے ہوتے ہیں، جس پر موزوں حالات میں، جیسے زیرِزمین پانی کی کم سطح، موزوں آب و ہوا (مختصر مدت کے پالے) اور مٹی کی کم قدرتی نمی، پالا پڑنے سے عملی طور پر کوئی نقصان واقع نہیں ہوتا۔
شکل 1 رُکلی کے معیار کے مطابق مٹی کے لیے برف سے خطرے کی جانچ کی کم اور زیادہ حد
مٹی میں پالا کے اثر سے حفاظت
زمین میں پالا اثر کی گہرائی خطے کی آب و ہوا پر منحصر ہوتی ہے۔ ہمارے ملک میں یہ عموماً زمینی سطح سے 0,8 سے 1,0 m میٹر نیچے تک ہوتی ہے۔ لہٰذا وہ تعمیرات جن کی بنیاد 1,0 m کے برابر یا اس سے زیادہ گہرائی پر ہو، پالا کے اثر سے محفوظ رہیں گی۔
سطحی بنیادوں والی تعمیرات، جیسے سڑکوں کی پختہ سطح، پالا کے اثرات کے تابع ہوتی ہیں، جو جماؤ اور پگھلاؤ دونوں حالتوں میں پختہ سطح پر زیادہ بگاڑ اور نقصان پیدا کر سکتا ہے۔ اس لیے سڑکوں اور ہوائی اڈوں کی رن وے کی تعمیر میں پالا کے اثر کے حوالے سے مٹی کی جانچ ضروری ہے، اور اگر بنیادی مٹی پالا کے لحاظ سے خطرناک ہو تو حفاظتی اقدامات کرنے چاہئیں۔ سڑکوں اور ہوائی اڈوں کی پختہ سطح میں سب سے مؤثر تدبیر بفر تہہ بنانا ہے، جس کی موٹائی اس طرح مقرر کی جاتی ہے کہ پختہ سطح اور بفر تہہ کی مجموعی موٹائی بھاری ٹریفک کے لیے 0,80 m سے لے کر ہلکی ٹریفک کے لیے 0,60 m تک ہو۔ عموماً پختہ سطح کے نیچے 0,30 m موٹی بفر تہہ پالا کے اثر سے کافی تحفظ فراہم کرتی ہے۔
بفر تہہ کے لیے استعمال ہونے والا مواد عموماً ریت یا ریتیلی بجری ہوتا ہے، جسے درج ذیل شرائط پوری کرنی چاہییں:
پلاسٹکیت کا انڈیکس IP < 5
جزء d < 0,02 mm کا مواد 3% سے کم
غیر یکنواختی کی ڈگری U > 7.
بفر تہہ کا اوپری حصہ، جس کی موٹائی 20 cm ہو، یکساں اور باریک دانہ ریت نہیں ہونا چاہیے، کیونکہ اس کی کثافت کم اور بوجھ برداشت کرنے کی صلاحیت محدود ہوتی ہے۔ اس حصے میں بفر تہہ ریتلا بجری پتھر ہونا چاہیے جس میں 30-70% دانے ہوں اور ان کا حجم 2-30 mm ہو۔ 30 mm سے بڑے دانوں کی سفارش نہیں کی جاتی۔
کم گہرائی میں بنیاد رکھے گئے باڑ کے دیواریں بھی مٹی میں پڑنے والی برف کے اثر میں آتی ہیں، جس کے باعث وہ جھکنے لگتی ہیں اور بار بار برف کے اثر سے وقت کے ساتھ ان کے الٹنے اور گرنے کا سبب بنتا ہے۔ اس لیے اگر مٹی میں برف کا خطرہ ہو تو ان دیواروں کی بنیاد 1,0 m گہرائی پر رکھنی چاہیے۔