Muz ta’sirida tuproq deformatsiyalari
Sovuq ta’sirida oqimsiz erkin suv 0°C da muzlaydi va bunda o‘z hajmining 9% ga kengayadi. Biroq tor kapillyar naychalardagi suv 0°C da muzlamaydi, balki pastroq haroratlarda, ya’ni -1°C dan -78°C gacha bo‘lgan haroratlarda muzlaydi. Bu oxirgi muzlash harorati Amerikadagi laboratoriya tajribalari bilan aniqlangan. Kapillyar naycha qanchalik tor bo‘lsa, muzlash harorati shunchalik past bo‘ladi.
Tuproqda barcha yo‘nalishlarda o‘zaro bog‘langan g‘ovaklar bo‘lib, ular kapillyar naychalarni hosil qiladi. Qumda g‘ovaklar yirik bo‘ladi va keng kapillyar naychalarni hosil qiladi, ularda suv 0°C da yoki biroz pastroq haroratda muzlaydi. Suv bir tekis muzlaydi, bunda g‘ovaklarda muz kristallari hosil bo‘ladi va ularning hajmi 9% ga oshishi tuproqda jiddiy deformatsiyalar keltirib chiqarmaydi. Mayda donali tarkibli tuproqda g‘ovaklar maydaroq bo‘ladi va tor kapillyar naychalarni hosil qiladi, ularda suv 0°C dan past haroratlarda muzlaydi. Biroq sirt qatlamida tuproq doimo yumshoqroq bo‘lib, yirikroq g‘ovaklarga ega, ularda suv 0°C da muzlaydi va muz kristallarini hosil qiladi. Bu kristallar tor g‘ovaklardan sovigan suvni katta kuch bilan o‘ziga tortadi, bu esa kristallanish kuchi deb ataladi. Shu tariqa tortib kelingan suv muz kristallari bilan tegishgach, o‘zi ham muzlaydi va muz kristallarining hajmini oshiradi, ular muz linzalariga aylanadi; ularning qalinligi taxminan 0,1 dan 10 mm gacha bo‘lishi mumkin. Hosil bo‘lgan muz linzalari sovuq ta’siri vaqtida tuproqda sezilarli deformatsiya keltirib chiqaradi, bu ayniqsa noqulay sharoitlarda 30 va 50 cm gacha yetishi mumkin.
Muz ta’sirida tuproq deformatsiyasining paydo bo‘lishi va kattaligi asosan quyidagi 3 omillarga bog‘liq:
-
Yer osti suvlari sathi
-
Ayoz davomiyligi.
Ad 1) Donadorlik tarkibi nuqtayi nazaridan, muzlashning eng kuchli ta’siri mayda zarrali tuproqlarda kuzatiladi, chunki ularning g‘ovaklari tor kapillyar naychalar hosil qilish uchun yetarlicha mayda bo‘ladi va shu bilan birga muzlash ta’siri paytida suvning tez aylanishini ta’minlaydigan yetarlicha katta o‘tkazuvchanlikka ega bo‘ladi. Bunday tuproq muzlashga eng sezgir bo‘lib, bu ham hodisaning tez paydo bo‘lishi, ham deformatsiyalar kattaligi jihatidan shundaydir. Bular asosan 0,02-0,002 mm o‘lchamdagi donachalardan tashkil topgan changsimon tuproqlardir. O‘lchami >0,02 mm bo‘lgan donachalarda kapillyar ko‘tarilish balandligi kichik bo‘ladi, o‘lchami < 0,002 mm bo‘lgan donachalarda esa kapillyar ko‘tarilish sekin kechadi, shuning uchun har ikkala holatda ham muzlash davomida muz ta’siri zonasiga faqat oz miqdorda suv yetib kelishi mumkin. Agar loy tuproq tarkibida o‘lchami < 0,002 mm bo‘lgan zarrachalar 25% dan ortiq bo‘lsa, tuproqning o‘tkazuvchanligi juda kichik bo‘ladi va g‘ovaklardagi suv aylanishi shu qadar sekinlashadiki, u g‘ovaklarda muzlab qoladi, muz linzalari esa uni o‘ziga tortib ulgurmaydi.
Ad 2) Tuproqning granulometrik tarkibi bo‘yicha qo‘yilgan shartdan tashqari, tuproqda muz ta’sirida deformatsiyalar yuz berishi uchun yana bir shart bajarilishi kerak. Bu — muz ta’siri zonasiga suv kelib turishi mumkin bo‘lishidir. Agar bu shart bajarilmasa, ya’ni tuproq kapillyarlari muz ta’siri vaqtida ular orqali doimiy oqib turadigan suv bilan bog‘liq bo‘lmasa, tuproqning granulometrik tarkibi qanday bo‘lishidan qat’i nazar, muz ta’sirida deformatsiyalar yuz bermaydi.
Agar yer osti suvlari sathi yuqoriroq bo‘lsa, unda sovuq ta’siridan tuproq deformatsiyalari ehtimoli shunchalik katta bo‘ladi. Agar yer osti suvlari sathi mazkur tuproqdagi suvning kapillyar ko‘tarilish balandligidan ham chuqurroq joylashgan bo‘lsa, sovuq ta’siridan kelib chiqadigan deformatsiyalar ahamiyatsiz bo‘ladi.
Ad 3) Agar sovuqning uzluksiz davom etish muddati uzoqroq bo‘lsa, muzlash sababli deformatsiyalar shunchalik katta bo‘ladi, chunki kattaroq va ko‘proq sonli linzalar hosil bo‘ladi. Kuchli va qisqa muddatli sovuq kamroq deformatsiya keltirib chiqaradi, chunki bu holda g‘ovaklardagi suv birdan muzlaydi va suvning kapillyar oqimi uziladi. Aksincha, o‘rtacha va uzoq muddatli sovuq muz linzalarining bemalol hosil bo‘lishi sababli kattaroq deformatsiyalar keltirib chiqaradi.
Tansizlantirish ta’siri
Muzdan erish jarayonida avval sirtqi tuproqning yuqori qismidagi muz linzalari eriydi, uning darhol ostida esa muzlagan, demak, o‘tkazmaydigan qatlam qoladi. Eriygan muz linzalari ko‘p miqdorda suv hosil qilgani, bu suv esa muzlagan quyi qatlamdan shimila olmagani sababli, sirtqi qatlamdagi ushbu ortiqcha suv tuproqni to‘yintirib yuboradi va undan suyuq massani hosil qiladi; bu massa hech qanday mustahkamlikka ega bo‘lmaydi, balki bosim ostida yon tomonga siqib chiqariladi. Muzdan erish ta’siri natijasidagi tuproq deformatsiyalari sezilarli va ayrim hollarda xavfli bo‘lishi mumkin. Bunday deformatsiyalar temir yo‘l va yo‘llardagi kesmalarda ko‘p uchraydi, u yerda bahorda erigan muz linzalaridan hosil bo‘lgan suv bilan tuproqning ortiqcha to‘yinishi tufayli qiyaliklarning qisman sirpanishi yuz beradi, shuningdek, transport ta’sirida suv bilan to‘yinib, ko‘tarish qobiliyatini yo‘qotgan tuproqda yo‘l qoplamalari deformatsiyalanadigan yo‘llarda ham uchraydi.
Tuproqqa sovuq ta’sirini baholash mezoni
Turli xil tuproqlarga sovuqning ta’sirini o‘rganish natijasida, sovuqqa munosabati bo‘yicha ikki turdagi tuproqni farqlash kerak degan xulosaga kelindi: sovuqqa chidamli va sovuqqa xavfli.
Muzlashga chidamli tuproqlar — muzlash muddati qanchalik uzoq bo‘lishidan qat’i nazar, ularda muz linzalari hosil bo‘lmaydigan tuproqlardir. Bunday tuproqlarda faqat teshiklaridagi suv muzlaydi va muz kristallari hosil bo‘ladi, sovuq ta’sirida esa ozgina deformatsiyalar yuz beradi. Bu guruhga shag‘al, qum va shunga o‘xshash tuproqlar kiradi.
Muzlash uchun xavfli tuproqlar — bunday tuproqlardirki, ularda muz linzalari hosil bo‘ladi va buning natijasida katta deformatsiyalar yuzaga kelishi mumkin. Muzlash ta’siri vaqtida sirt qatlamida muz linzalari ko‘rinishida to‘plangan suv ham erish ta’sirini keltirib chiqaradi. Bu guruhga ayrim changsimon-loyli, ayniqsa changsimon tuproqlar kiradi.
Tuproqning muzga chidamliligini baholash uchun bir nechta mezonlar mavjud bo‘lib, ular orasida eng mashhurlari Arthur Casagrande va Rukli mezonlaridir, ularni bu yerda tavsiflaymiz.
A. Casagrande mezoni
Bu mezon tuproqning granulometrik tarkibiga asoslanadi va quyidagicha ifodalanadi:
a) Tarkibi bir xil bo‘lgan, notekislik darajasi U < 5 bo‘lgan tuproqda, agar u 10% dan ortiq, 0,02 mm dan kichik o‘lchamdagi donachalarni o‘z ichiga olsa, tuproq sovuqqa xavfli hisoblanadi.
b) Tarkibi notekis bo‘lgan gruntlarda, notekislik darajasi U > 15 bo‘lsa, agar unda 3% dan ortiq, o‘lchami 0,02 mm dan kichik bo‘lgan zarrachalar mavjud bo‘lsa, grunt sovuqqa xavflidir.
Garchi bu mezon uzoq vaqt davomida qo‘llanilib, har doim ishonchli natijalar bergan bo‘lsa-da, uning kamchiligi shundaki, u faqat tuproqning granulometrik tarkibiga asoslanadi va tuproqdagi sovuq ta’siriga ta’sir ko‘rsatuvchi boshqa omillarni ham hisobga olmaydi. Shu sababli bugungi kunda bu mezon juda qat’iy va iqtisodiy jihatdan samarasiz deb hisoblanadi.
Rukliev mezoni
Bu usulga ko‘ra tuproq qattiq zarralarning mustahkamligiga qarab ikki fraksiyaga ajratiladi, ya’ni yirik donali fraksiya, zarralar diametri d > 2 mm va mayda donali fraksiya, zarralar diametri d < 2 mm. Tuproqning sovuqqa chidamliligini baholash uchun mayda donali fraksiya miqdorining yirik donali fraksiya miqdoriga bog‘liqligi aniqlanadi va bu bog‘liqlik pastki va yuqori chegara bilan beriladi (rasm 1).
Pastki chegara — bu to‘ldirma quruq og‘irligining d < 0,02 mm o‘lchamli qattiq zarralar, ya’ni 0-2 mm fraksiyasi bo‘yicha ruxsat etilgan eng katta ulushi bo‘lib, u noqulay sharoitlarda, masalan, yer osti suvlari sathining yuqoriligi, noqulay iqlim sharoitlari (uzoq davom etuvchi sovuqlar) va tuproqning katta tabiiy namligi kabi holatlarda, amalda muzlashdan hech qanday zarar tug‘dirmaydi.
Yuqori chegara — bu quruq mayda fraksiya og‘irligiga nisbatan d < 0,02 mm bo‘lgan zarrachalarning ruxsat etilgan eng katta foizi bo‘lib, qulay sharoitlarda, masalan, yer osti suvlari sathining pastligi, qulay iqlim sharoiti (qisqa muddatli sovuqlar) va tuproqning tabiiy namligi past bo‘lganda, sovuq ta’siridan amalda hech qanday zarar yuz bermaydi.
Rasm 1 Rukli mezoniga ko‘ra tuproqning muzlash xavfini baholash uchun pastki va yuqori chegara
Tuproqda sovuq ta’siridan himoya
Tuproqda sovuq ta’sirining chuqurligi hududning iqlim sharoitiga bog‘liq. Mamlakatimizda u asosan yer yuzasidan 0,8 dan 1,0 m gacha pastda bo‘ladi. Shunga ko‘ra, poydevori 1,0 m ga teng yoki undan kattaroq chuqurlikda joylashgan konstruksiyalar sovuq ta’siriga uchramaydi.
Yo‘l qoplamalari kabi sayoz poydevorli konstruksiyalar sovuq ta’siriga duchor bo‘ladi; bu qotish paytida ham, erish paytida ham qoplamada katta deformatsiyalar va shikastlar keltirib chiqarishi mumkin. Shu sababli yo‘llardagi qoplamalar va aeroportlardagi uchish-qo‘nish yo‘laklarini tayyorlashda tuproqning sovuq ta’siriga nisbatan xossalarini tekshirish zarur, agar asosiy tuproq sovuqqa xavfli bo‘lsa, himoya choralari ko‘rilishi kerak. Yo‘l va aeroport qoplamalarida eng samarali chora — tampon qatlamni bajarishdir, uning qalinligi shunday belgilanadiki, qoplama va tampon qatlamning umumiy qalinligi og‘ir transport uchun 0,80 m dan yengil transport uchun 0,60 m gacha bo‘lsin. Ko‘pincha qoplama ostidagi 0,30 m qalinlikdagi tampon qatlam sovuq ta’siridan yetarli himoya hisoblanadi.
Tampon qatlamini tayyorlash uchun material odatda qum yoki qumloq shag‘al bo‘lib, u quyidagi talablarga javob berishi kerak:
Plastiklik indeksi IP < 5
d < 0,02 mm fraksiyaning miqdori 3% dan kam
Notekislik darajasi U > 7.
Tampon qatlamining yuqori qismi 20 cm qalinlikda bir xil va mayda donali qumdan bo‘lishi mumkin emas, chunki zichlanishi yetarli emas va yuk ko‘tarish qobiliyati cheklangan. Bu qismda tampon qatlami 30-70% o‘lchamdagi donalari 2-30 mm bo‘lgan qumli shag‘al bo‘lishi kerak. 30 mm dan katta donalar tavsiya etilmaydi.
Sayoz fundament qilingan to‘sma devorlar ham tuproqdagi sovuq ta’siriga duchor bo‘ladi, buning natijasida ular og‘adi va vaqt o‘tishi bilan sovuqning takroriy ta’siri ostida ag‘darilib, buzilib ketadi. Shuning uchun, agar tuproq sovuqqa xavfli bo‘lsa, bu devorlarni 1,0 m chuqurlikda fundament qilish kerak.