WPŁYW MROZU NA

WPŁYW MROZU NA

GRUNTY

GRUNTY

(Zarys geotechniki – Z. Wiłun)

(Zarys geotechniki – Z. Wiłun)

USZKODZENIA NAWIERZCHNI

USZKODZENIA NAWIERZCHNI

DROGOWYCH, KOLEJOWYCH I

DROGOWYCH, KOLEJOWYCH I

BUDYNKÓW

BUDYNKÓW

1.

1.

Przełom nawierzchni

Przełom nawierzchni

drogowych

drogowych

2.

2.

Tworzenie tzw. worków

Tworzenie tzw. worków

i koryt balastowych

i koryt balastowych

pod torowiskiem

pod torowiskiem

3.

3.

Podniesienie płytkich

Podniesienie płytkich

fundamentów

fundamentów

TWORZENIE WYSADZIN

TWORZENIE WYSADZIN

Do końca XIX w. przypuszczano, że

Do końca XIX w. przypuszczano, że

wysadziny

wysadziny

powstają w skutek

powstają w skutek

zwiększenia się objętości zamarzającej wody (ok. 9%), jednocześnie

zwiększenia się objętości zamarzającej wody (ok. 9%), jednocześnie

stwierdzono duży przyrost wilgotności w gruntach wysadzinowych.

stwierdzono duży przyrost wilgotności w gruntach wysadzinowych.

Obecnie wiadomo, że wysadziny powstają w skutek tworzenia się w

Obecnie wiadomo, że wysadziny powstają w skutek tworzenia się w

zamarzającym gruncie soczewek lodu, które rosną wskutek

zamarzającym gruncie soczewek lodu, które rosną wskutek

podciągania wody ze strefy bardziej zawilgoconego lub

podciągania wody ze strefy bardziej zawilgoconego lub

wodonośnego gruntu.

wodonośnego gruntu.

Wysadziny

powstają

tylko

w

Wysadziny

powstają

tylko

w

gruntach

wysadzinowych

gruntach

wysadzinowych

zawierających pewną ilość drobnych

zawierających pewną ilość drobnych

cząstek pyłowych

cząstek pyłowych

i

i

iłowych

iłowych

Warunkiem powstania wysadzin jest długotrwałe i intensywne

Warunkiem powstania wysadzin jest długotrwałe i intensywne

oddziaływanie mrozu.

oddziaływanie mrozu.

TWORZENIE WYSADZIN

TWORZENIE WYSADZIN

PODCIĄGANIE WODY DO STREFY ZAMARZANIA

PODCIĄGANIE WODY DO STREFY ZAMARZANIA

GRUNTU

GRUNTU

Na granicy przemarzania tworzą

Na granicy przemarzania tworzą

się soczewki lodowe, które rosną

się soczewki lodowe, które rosną

wskutek podciągania wody od

wskutek podciągania wody od

dołu (

dołu (

siły adsorpcji

siły adsorpcji

). Nowo

). Nowo

tworzące się soczewki lodowe

tworzące się soczewki lodowe

zwiększają średnią wilgotność

zwiększają średnią wilgotność

zamarzniętego gruntu, natomiast

zamarzniętego gruntu, natomiast

bezpośrednio poniżej strefy

bezpośrednio poniżej strefy

zamarzania obserwuje się

zamarzania obserwuje się

zmniejszenie wilgotności gruntu.

zmniejszenie wilgotności gruntu.

TWORZENIE WYSADZIN

TWORZENIE WYSADZIN

PODCIĄGANIE WODY DO STREFY ZAMARZANIA

PODCIĄGANIE WODY DO STREFY ZAMARZANIA

GRUNTU

GRUNTU

[R

[R

ü

ü

ckli, 1950]:

ckli, 1950]:



Wyznaczył wartość siły przyciągania jako funkcję wodoprzepuszczalności.

Wyznaczył wartość siły przyciągania jako funkcję wodoprzepuszczalności.



W miarę wzrostu nacisku przyrost wysadzin maleje, aby przy pewnym

W miarę wzrostu nacisku przyrost wysadzin maleje, aby przy pewnym

nacisku stać się równym zeru –

nacisku stać się równym zeru –

nacisk krytyczny

nacisk krytyczny

.

.



Siła przyciągania wody występująca przy przemarzaniu gruntu zależy

Siła przyciągania wody występująca przy przemarzaniu gruntu zależy

również od jego wilgotności oraz temperatury powietrza.

również od jego wilgotności oraz temperatury powietrza.

[WNIOSEK]

[WNIOSEK]

Im większy jest mróz, tym szybciej grunt przemarza i mniej wody (na jednostkę

Im większy jest mróz, tym szybciej grunt przemarza i mniej wody (na jednostkę

głębokości) podciągnie.

głębokości) podciągnie.

Głębokość przemarzania gruntu wyznacza się ze wzoru [SN i PII-15-74]

Głębokość przemarzania gruntu wyznacza się ze wzoru [SN i PII-15-74]

gdzie:

gdzie:





- głębokość przemarzania w cm,

- głębokość przemarzania w cm,

W

W

m

m

– suma ujemnych średnich temp. Miesięcznych

– suma ujemnych średnich temp. Miesięcznych

dla piasków głębokość przemarzania należy zwiększyć o 22%, dla żwirów o 30%

dla piasków głębokość przemarzania należy zwiększyć o 22%, dla żwirów o 30%

m

W

23





TWORZENIE WYSADZIN

TWORZENIE WYSADZIN

Kryteria gruntów wysadzinowych

Kryteria gruntów wysadzinowych

Grunty ziarniste nie zawierające frakcji pyłowej i iłowej nawet przy całkowitym

Grunty ziarniste nie zawierające frakcji pyłowej i iłowej nawet przy całkowitym

nasyceniu wodą przy przemarzaniu nie tworzą wysadzin. Grunty spoiste

nasyceniu wodą przy przemarzaniu nie tworzą wysadzin. Grunty spoiste

zawierające cząstki pyłowe i iłowe, są tym bardziej wysadzinowe, im

zawierające cząstki pyłowe i iłowe, są tym bardziej wysadzinowe, im

drobniejsze jest ich uziarnienie i większa ich wilgotność.

drobniejsze jest ich uziarnienie i większa ich wilgotność.

[WNIOSEK]

[WNIOSEK]

Im bardziej drobnoziarnisty jest grunt, tym mniejsze są

Im bardziej drobnoziarnisty jest grunt, tym mniejsze są

wymiary porów, tym więcej porów wypełnionych jest prawie

wymiary porów, tym więcej porów wypełnionych jest prawie

całkowicie wodą adsorbowaną, a więc lepsze są warunki do tworzenia

całkowicie wodą adsorbowaną, a więc lepsze są warunki do tworzenia

się wydzielonych soczewek lodowych i powstawania wysadzin.

się wydzielonych soczewek lodowych i powstawania wysadzin.

Najbardziej popularne kryteria gruntów wysadzinowych:

Najbardziej popularne kryteria gruntów wysadzinowych:

1.

1.

Kryterium Casagrandego

Kryterium Casagrandego

2.

2.

Kryterium Schaiblego

Kryterium Schaiblego

3.

3.

Kryterium Beskowa

Kryterium Beskowa

4.

4.

Kryterium Moosa

Kryterium Moosa

TWORZENIE WYSADZIN

TWORZENIE WYSADZIN

Kryteria gruntów wysadzinowych wg Wiłuna

Kryteria gruntów wysadzinowych wg Wiłuna

Grupa A

Grupa A

– grunty niewysadzinowe o kapilarności biernej < 1m,

– grunty niewysadzinowe o kapilarności biernej < 1m,

bezpieczne w każdych warunkach wodno-gruntowych i

bezpieczne w każdych warunkach wodno-gruntowych i

klimatycznych, czyli

klimatycznych, czyli

czyste żwiry

czyste żwiry

,

,

pospółki

pospółki

i

i

piaski

piaski

Grupa B

Grupa B

– grunty wątpliwe (mało wysadzinowe) o kapilarności <

– grunty wątpliwe (mało wysadzinowe) o kapilarności <

1.3m, tj.

1.3m, tj.

piaski drobne

piaski drobne

,

,

piaski pylaste

piaski pylaste

i

i

piaski próchnicze

piaski próchnicze

Grupa C

Grupa C

– grunty wysadzinowe o kapilarności większej od 1.3m, są to

– grunty wysadzinowe o kapilarności większej od 1.3m, są to

wszystkie grunty

wszystkie grunty

spoiste

spoiste

i

i

namuły organiczne

namuły organiczne

Wysadzinowość wyznacza się ze wzoru:

Wysadzinowość wyznacza się ze wzoru:

W

W

w

w

= S

= S

h

h

S

S

g

g

S

S

m

m

gdzie: S

gdzie: S

h

h

– wsp. charakteryzujący warunki hydrogeologiczne,

– wsp. charakteryzujący warunki hydrogeologiczne,

S

S

g

g

– wsp. charakteryzujący wysadzinowość podłoża gruntowego,

– wsp. charakteryzujący wysadzinowość podłoża gruntowego,

S

S

m

m

– wsp. charakteryzujący warunki mrozowe.

– wsp. charakteryzujący warunki mrozowe.

Zabezpieczenie obiektów przed

Zabezpieczenie obiektów przed

wysadzinami

wysadzinami

Nawierzchnie drogowe:

Nawierzchnie drogowe:



Wzmocnienie konstrukcji poprzez pogrubienie warstw

Wzmocnienie konstrukcji poprzez pogrubienie warstw

ścieralnych

ścieralnych



Odwodnienie podłoża oraz zapewnienie prawidłowego

Odwodnienie podłoża oraz zapewnienie prawidłowego

odwodnienia powierzchniowego

odwodnienia powierzchniowego



Czasowe zamknięcie ruchu

Czasowe zamknięcie ruchu

Budowle:

Budowle:



Posadowienie poniżej głębokości przemarzania

Posadowienie poniżej głębokości przemarzania



Wymiana gruntu wysadzinowego poprzez zastosowanie

Wymiana gruntu wysadzinowego poprzez zastosowanie

poduszki ze żwiru lub piasku

poduszki ze żwiru lub piasku



Użycie jako zasypki za konstrukcjami oporowymi

Użycie jako zasypki za konstrukcjami oporowymi

przepuszczalnych gruntów niewysadzinowych

przepuszczalnych gruntów niewysadzinowych



Zabezpieczenie wysadzinowego podłoża przed przemarzaniem

Zabezpieczenie wysadzinowego podłoża przed przemarzaniem