Wzrost objętości gruntu w procesie przemarzania uzewnętrznia się powstawaniem tzw. wysadzin, tj. podnoszenia powierzchni terenu czy nawierzchni drogowej w miejscach, gdzie występują grunty szczególnie wrażliwe na przemarzanie.

Rys. 1. Zjawisko powstawania wysadzin w nawierzchniach drogowych. [1]

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.

 

Kryteria wysadzinowości.
Kryteria wysadzinowości gruntów zależą od właściwości fizycznych gruntów. Grunty niespoiste, nie zawierające frakcji pyłowej i iłowej, przy przemarzaniu nie tworzą wysadzin nawet w stanie nasyconym wodą. Powstający w nich lód wyciska nadmiar wody ku dołowi tak, że grunty te po zamarznięciu zawierają mniej wody w porach niż przed zamarzaniem. Grunty spoiste natomiast, zawierające cząstki pylasto-ilaste, są tym bardziej wysadzinowe, im drobniejsze jest ich uziarnienie i większa ich wilgotność. Istnieje wiec zależność wysadzinowości gruntów od ich uziarnienia.
Im bardziej drobnoziarnisty  grunt, tym mniejsze są wymiary porów, tym więcej porów jest prawie całkowicie wypełnionych wodą adsorbowaną, a więc lepsze są warunki do tworzenia się wydzielonych soczewek lodowych i powstawania wysadzin. 
Stąd o wysadzinowości gruntów zasadniczo decyduje wymiar porów, a nie wymiar ziaren i cząstek gruntowych.

 

Kryteria wysadzinowości:

  1.  kryterium Casagrandego  zalicza  do wysadzinowych grunty bardzo różnoziarniste (U > 15), które zawierają więcej niż 3 % cząstek mniejszych od 0,002 mm oraz grunty równoziarniste (U < 5) zawierające ponad  10 % ww. cząstek,
  2. kryterium Beskowa, wg którego uwzględnia się wpływ geologicznego pochodzenia gruntu, wielkość średnicy d50, procentową zawartość o średnicy mniejszej od 0,062 mm i 0,125 mm oraz kapilarność bierną przy wilgotności równej granicy płynności,
  3. kryterium Wiłuna, wg którego uwzględnia się uziarnienie gruntu i kapilarność bierną gruntu Hkb. Pod względem wysadzinowości, dzieli grunty na 3 grupy:
    GRUPA A – grunty niewysadzinowe o Hkb < 1,0 m, bezpieczne w każdych warunkach wodnogruntowych i klimatycznych; są to grunty zawierające poniżej 20 % cząstek mniejszych od 0,05 mm i poniżej 3% cząstek mniejszych od 0,002 mm (należą tu czyste żwiry, pospółki i piaski).
    GRUPA B – grunty wątpliwe (mało wysadzinowe) o Hkb < 1,3 m, zawierające 20 ÷ 30 % cząstek mniejszych od 0,05 mm i 3 ÷ 10 % cząstek mniejszych od 0,002 mm (należą tu piaski bardzo drobne, pylaste i próchnicze).
    GRUPA C– grunty wysadzinowe o Hkd > 1,3 m; są grunty zawierające powyżej 30 % cząstek mniejszych od 0,05 mm i powyżej 10 % cząstek mniejszych od 0,002 mm (należą tu wszystkie grunty spoiste i namuły organiczne).

    Tab. 1. Podział gruntów pod względem wysadzinowości

    Właściwość

    Grupa gruntów

     

     

    Niewysadzinowy

    Wątpliwy

    Wysadzinowy

    Rodzaj gruntu

    • rumosz niegliniasty (KR)

    • żwir (Ż)

    • pospółka (Po)

    • piasek gruby (Pr)

    • piasek średni (Ps)

    • piasek drobny (Pd)

    • żużel nierozpadowy

    piasek pylasty (Pπ)

    zwietrzelina gliniasta (KWg)

    rumosz gliniasty (KRg)

    żwir gliniasty (Żg)

    pospółka gliniasta(Pog)

    grunty mało wysadzinowe

    • glina piaszczysta zwięzła (Gpz)

    • glina zwięzła (Gz)

    • ił (I)

    • ił piaszczysty (Ip)

    • ił pylasty (Iπ)

    Grunty bardzo wysadzinowe

    • piasek gliniasty (PG)

    • pył piaszczysty (πp)

    • pył (π)

    • glina piaszczysta (Gp)

    • glina (G)

    • glina pylasta (Gπ)

    • ił warstwowy

    Zawartość cząstek wg PN-88/B-04481   %

    ≤ 0,075 mm

    ≤ 0,002 mm

    < 15

    < 3

    15 ÷ 30

    3 ÷ 10

    >30

    >10

    Kapilarność bierna wg PN-60/B-04493, Hkb                       m

    <1,0

    1,0 ÷ 1,3

    >1,3

    Wskaźnik piaskowy wg PN-64/8931-01, WP

    >35

    25 ÷ 35

    <25

 

Klasyfikację warunków wodnych w zależności od poziomu występowania swobodnego zwierciadła wody gruntowej oraz charakterystyki korpusu drogowego podano w tablicy 2.

Tab. 2.  Klasyfikacja warunków wodnych podłoża konstrukcji nawierzchni.

Poziom występowania wody gruntowej powinien być określony na podstawie dostępnych najwyższych notowań uwarunkowanych największymi opadami atmosferycznymi lub wysokimi stanami wód powierzchniowych z wielolecia.

Fot. 1. Pomiary zw.w.g. za pomocą gwizdka hydrometrycznego w otworze orurowanym 

 

Rys. 2. Profil gruntowy z pokazaniem różnych poziomów zw.w.g.

Podział gruntów w zależności od ich wrażliwości na działanie wody i mrozu (powstawanie wysadzin w okresie tworzenia soczewek lodowych i utrata nośności w okresie nadmiernego nawilgocenia podłoża) podano w tablicy 1. 
Cechy gruntu powinny być ustalone na podstawie badań laboratoryjnych właściwości wymienionych w tablicy 1. 

Podstawowym kryterium oceny wysadzinowości jest zawartość drobnych cząstek pylasto-ilastych gruntu, a  w przypadkach wątpliwych dodatkowo: 

  • wskaźnik piaskowy i 
  • kapilarność bierna. 

Wskaźnik piaskowy stanowi kryterium oceny gruntów niespoistych, a zwłaszcza zbliżonych do mało spoistych. Jeśli ocena na podstawie badania różnymi metodami jest rozbieżna, to decyduje wynik najmniej korzystny.

 

Literatura :

  1. Wiłun Z.: Zarys geotechniki. WKiŁ, Warszawa 2013.