W przypadku okresowego występowania temperatury powietrza poniżej 0ºC następuje zamarzanie wody w gruncie, zwane przemarzaniem gruntu. Głębokość i prędkość przemarzania zależą nie tylko od temperatury powietrza i czasu trwania, ale także od takich czynników jak: osłona terenu, struktura i tekstura gruntu oraz skład granulometryczny gruntu.
Umowne strefy przemarzania gruntów wg PN-81/B- 03020
Na podstawie obserwacji i bezpośrednich pomiarów z ostatnich 30 lat umowne głębokości przemarzania należy zmienić. Takie postulaty pojawiają się coraz częściej [1]. Przeprowadzone probabilistyczne analizy temperatury gruntu uwzględniające losowy charakter zjawiska i udział w nim nie tylko temperatury powietrza, lecz także pokrywy śnieżnej jak również zawartość wody w gruncie wynikającej z wcześniejszych opadów deszczu lub odwilży, spowodowały obecnie inne propozycje co do mapy przemarzania w Polsce [1] :
Propozycja zmian umownych głębokości przemarzania gruntu wg [1]
Po dłuższym trwaniu ujemnej temperatury powietrza granica przemarzania przesuwa się w dół. Ponad granicą przemarzania gruntu od powierzchni terenu tworzą się soczewki lodowe, które powiększają się wskutek podciągania wody od dołu. Nowe soczewki lodowe w sposób naturalny zwiększają wilgotność zamarzniętego gruntu. Bezpośrednio poniżej granicy przemarzania obserwuje się zmniejszenie wilgotności gruntu w porównaniu z wilgotnością gruntu przed przemarzaniem (rys. 2).
Rys. 2. Zjawisko przemarzania gruntu [2]
Należy to tłumaczyć tym, że soczewki lodowe przyciągają molekuły wodne od dołu ze swojego najbliższego otoczenia. Przyciąganie molekuł wodnych przez kryształy lodu następuje wskutek istnienia na ich powierzchni sił adsorpcji. Molekuły wody, przyciągnięte do powierzchni soczewki lodowej, uzupełniają siatkę krystaliczną lodu, po czym same przyciągają nowe molekuły wody z porów gruntu, co powoduje wzrost soczewek lodowych, a więc i wzrost objętości gruntu. Ten wzrost objętości uzewnętrznia się powstawaniem tzw. wysadzin, tj. podnoszenia powierzchni terenu czy nawierzchni drogowej w miejscach, gdzie występują grunty szczególnie wrażliwe na przemarzanie.
Badania i obserwacje wykazują, że wysadziny mogą występować w następujących przypadkach:
- ujemna temperatura powietrza utrzymuje się dość długo,
- grunt podłoża jest wysadzinowy,
- grunt podłoża jest bardzo wilgotny, a zwierciadło wody gruntowej zalega dość płytko.
Jak wynika z ponad 20-letniego stosowania geosyntetyków w Polsce, umieszczenie odpowiednio zaprojektowanego i wbudowanego geosyntetyku, na granicy przemarzania pozwala wyeliminować efekty wysadzinowości nawierzchni na stałe. Jednak od projektantów i wykonawców robót wymagana jest doskonała wiedza i kultura techniczna.
Literatura :
- Godlewski T.: Przemarzanie gruntu a projektowanie fundamentów cz. II. Inżynier budownictwa, wrzesień 2020,
- Wiłun Z.: Zarys Geotechniki. WKŁ, Warszawa 2013