Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2019 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Zjawisko wysadziny zmarzlinowej – metody zapobiegania

Archiwum autorki

Niejednolite przenikanie mrozu powoduje powstawanie wysadzin o zróżnicowanych wielkościach. Takie zjawisko często występuje w drogach – gdy pobocze przykryte (osłonięte) jest śniegiem, najgłębsze przenikanie mrozu występuje na środku drogi. Z tego powodu wysadzina w tym miejscu jest największa.

Wynikiem tak powstałej nierównomiernej wysadziny są zniszczenia objawiające się najczęściej podłużnym pęknięciem na środku drogi (rys. 1). Zróżnicowanie wielkości wysadziny może również powodować zniszczenie (pęknięcie) fundamentów budynków. Pomocą w zrozumieniu procesu oddziaływania mrozu na grunt oraz przewidywaniu następstw spowodowanych przez to zjawisko są rozważania teoretyczne dotyczące tego procesu oparte na zasadach termodynamiki.

Ilościowe oszacowanie wysadziny oraz metody numeryczne

Przy projektowaniu skutecznej izolacji termicznej, tzn. chroniącej także przed uszkodzeniami nawierzchni dróg czy konstrukcji fundamentów, istotna jest możliwość oszacowania wysadziny. Do tego celu należy zastosować odpowiednie narzędzia. Ilościowe modele służące do wyjaśnienia zjawiska wysadzin zmarzlinowych stworzono na podstawie teorii kapilarnej, która formalnie została opracowana przez Everetta (1961) [1]. Siłę zasysającą zdefiniowano jako różnicę w naporze fazowym i określono to równaniem nacisku powierzchniowego:

gdzie:

Ui – nacisk lodu,

Uw – napór wody w stanie ciekłym,

iw – graniczne natężenie granicy lodu i wody,

riw – promień krzywizny granicy lodu i wody.

Do rozwiązywania skomplikowanych modeli opisujących zjawisko wysadziny od kilkunastu lat stosuje się metody numeryczne. Najbardziej efektywna jest metoda elementów skończonych, która charakteryzuje się optymalną zbieżnością i stabilnością. Pozwala przestudiować zjawiska pod względem ilościowym, co ma istotne znaczenie dla celów inżynierskich [2]. Warunkiem koniecznym do rozwiązania równania przepływu ciepła i masy za pomocą metod numerycznych jest zdefiniowanie (podanie) odpowiednich warunków początkowych i granicznych, a także parametrów fizycznych.

Efektywność materiałów izolacyjnych w redukcji wysadzin zmarzlinowych

Biorąc pod uwagę niszczycielski charakter zjawiska wysadziny, jedną z metod zapobiegania uszkodzeniom np. konstrukcji drogi lub fundamentów budynku jest ułożenie warstwy izolacyjnej (materiału nieprzepuszczającego mrozu). Aby zredukować głębokość przemarzania i ilość wysadziny, taką warstwę układa się w obrębie warstwy nośnej dolnej nawierzchni drogi lub fundamentu [3]. W tym celu używa się różnorodnych materiałów izolacyjnych, np. polistyrenu ekstrudowanego, porowatych kul glinianych, wilgotnej kory, sprasowanego torfu.

Ocena efektywności materiałów najczęściej używanych w praktyce

Na rys. 2 i 3 przedstawiono zalecaną izolację i jej grubość jako ochronę przed wysadziną głównie nawierzchni drogowych. Zamieszczony na rys. 2 przykład dotyczy redukcji wysadziny, jaka powstała po 100 dniach od momentu zamarzania w następujących warunkach: temperatura powierzchni gruntu – od –5 do –15°C, temperatura na głębokości 4 m – +3°C [1]. Na wykresie (rys. 2) przedstawiono redukcję wysadziny przy zastosowaniu izolacji o różnej grubości.

Różnica pomiędzy ilością wysadziny z izolacją i bez niej została sporządzona dla wartości wskaźnika mrozowego wynoszącego 1000 stopniodni (ekstremalne warunki dla Polski). Najbardziej efektywnymi materiałami izolacyjnymi okazały się izolacje syntetyczne (porowaty polistyren) i porowate kule gliniane. Wilgotna kora oraz sprasowany torf pozwalają na podobną redukcję powstawania wysadzin, jednak są zdecydowanie mniej efektywne w stosunku do izolacji syntetycznych.

Na rys. 3 przedstawiono grubość warstwy izolacyjnej w zależności od wskaźnika mrozowego (750, 1500 i 2250 stopniodni) przy różnych zamierzonych wartościach wysadzin (5, 10 i 15 cm). Można zaobserwować, że grubość izolacji wzrasta prawie liniowo wraz ze wzrostem wskaźnika mrozowego. Pochylenie linii zależy od profilu gruntu i jego właściwości. Zamieszczony przykład odnosi się więc tylko do konkretnej konstrukcji, w analizowanym przypadku jest to płyta nośna o gr. 30 cm, 10 cm warstwa żwiru, woda gruntowa na poziomie 1,5 m. Na podstawie informacji przedstawionych na rys. 3 można oszacować efektywność izolacji.

Podsumowanie i wnioski

Główne czynniki mające wpływ na powstawanie wysadziny to: temperatury na granicy zamarzania, przepuszczalność gruntu i zawartość niezamarzniętej wody w temperaturach poniżej punktu zamarzania. Używanie materiałów izolacyjnych, takich jak polistyren ekstrudowany, szkło spienione i porowata glina, przy konstrukcji dróg jest efektywną metodą redukcji przenikania mrozu.

Poniżej warstwy izolacyjnej powinny się znaleźć materiały ziarniste. Grubość izolacji powinna być uzależniona od lokalnych warunków temperaturowych i powinna być na tyle gruba, aby mróz nie przenikał do gruntu podatnego na jego działanie. W przypadku dróg poza zwykłymi metodami izolacyjnymi przenikanie mrozu można również ograniczyć poprzez użycie materiałów o wysokim wskaźniku utajonego ciepła. Mokra kora drzewna i mokry torf mogą zawierać dużą ilość wody, stąd mają dużą ilość utajonego ciepła. Materiały te nie zamarzają szybko ze względu na ciepło utajone przemiany fazowej, które łagodzi oddziaływanie ujemnych temperatur. W konstrukcji dróg umiejscowione są one na podłożu gleby podatnej na działanie mrozu, gdzie działają jako bariery termalne.

Można zapobiegać przenikaniu mrozu do podłoża podatnego na mróz poprzez ogrzewanie elektryczne lub użycie podziemnego ciepła. W przypadku użycia kabli ogrzewania elektrycznego należy zwrócić szczególną uwagę na zmiany w sąsiedztwie gruntu tworzącego wysadzinę oraz na to, by strefa naprężeń ścinających utrzymana była poza terenem utwardzonym (wybrukowanym). Jednakże zastosowanie metod ogrzewania elektrycznego czy wkładek termalnych w terenie może nie być ekonomiczne czy też efektywne, zwłaszcza jeżeli w grę wchodzi duży teren podatnego na mróz gruntu.

LITERATURA 

  1. D.H. Everett, „The thermodynamics of frost damage to porous solids”, „Trans. Faraday Soc.”, Vol. 57, s. 1541–1551.
  2. R.L. Harlan, „Analysis of coupled heat-fluid transport in partially frozen soil”, „Wat. Resour.”, Vol. 9, no. 5, 1973, pp. 1314–1323.
  3. I. Ickiewicz, „Wpływ izolacji termicznej na rozkłady temperatur w otoczeniu fundamentów”, [w:] 54 Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 2008

LUTY 2009

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Przepis na idealnie gładkie i naturalnie białe ściany »


Szybko znajduj ukryte usterki i skracaj czas diagnostyki... ZOBACZ »


Szybki montaż stropu – jak to zrobić »

Jak dobrać optymalną elewację do budynku?

Różne wysokości konstrukcyjne stropów i różne rozstawy...
czytaj dalej »

Począwszy od wyboru rodzaju budynku, w pierwszym kroku, w kolejnych wskaż... czytaj dalej »

Jak przygotować się do termomodernizacji domu?


Styropian jest praktycznie niezniszczalnym produktem, nie przepuszcza wody, a jeśli chodzi o zachowanie w obecności ognia, to... ZOBACZ »


Czego użyć do izolacji dachu?

Potrzebny Ci wysokiej jakości tynk?

Rozwiązaniem, które zapewnia optymalne zaizolowanie są... czytaj dalej » Tego typu materiałów poszukują najbardziej wymagający użytkownicy, ceniący estetykę, funkcjonalność, bezpieczeństwo oraz... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr...  czytaj dalej »


Na czym polegają prace uszczelniające?

Wszystko o izolacji instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych »

Prace uszczelniające mają na celu odcięcie niebezpiecznych materiałów, substancji lub po prostu... czytaj dalej » Produkty przeznaczone do instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych, jak i... czytaj dalej »

Chemia budowlana - porady ekspertów »


Masz wątpliwości i pytania jak rozwiązać Twój problem techniczny? Dobierz stosowną technologię do Twoich potrzeb... ZOBACZ »


Jak zapewnić dobrą wibroakustykę budynku?

Wybierz najlepszy materiał do ociepleń »

Zapewnienie dobrej wibroakustyki dla budynku to coraz częściej wyzwanie dla świadomych i wymagających klientów. czytaj dalej » Czym różnią się materiały do izolacji poszczególnych elementów budynku? czytaj dalej »

Jak przygotować się do termomodernizacji domu?


Styropian jest praktycznie niezniszczalnym produktem, nie przepuszcza wody, a jeśli chodzi o zachowanie w obecności ognia, to... ZOBACZ »


Zarabiaj pieniądze sprzedając prąd

Jak zabezpieczyć budynek przed wilgocią?

Ilość energii jaką jest w stanie „wyprodukować” dany system fotowoltaiczny, zależy...
czytaj dalej »

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury. czytaj dalej »

Planujesz wymianę dachu? Sprawdź »


Dzięki lekkości dachówek nie ma potrzeby wzmacniania Twojej starej struktury dachowej. W niektórych przypadkach jest nawet... ZOBACZ »


Żaluzje zewnętrzne - dlaczego warto je zamontować?

Szukasz pomysłu na wykończenie elewacji? Sprawdź

To doskonała inwestycja, która nie tylko podnosi wartość budynku mieszkalnego...
czytaj dalej »

Tynki cienkowarstwowe tworzą ochronno-dekoracyjną zewnętrzną warstwę o wysokiej odporności na... czytaj dalej »

Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
6/2020

Aktualny numer:

Izolacje 6/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Tynki renowacyjne
  • - Potencjał i funkcje dachów zielonych w miastach
Zobacz szczegóły
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Flowcrete Polska Sp. z o.o.
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Jesteśmy producentem i dystrybutorem materiałów do wykonywania bezspoinowch posadzek żywicznych -...
Dlaczego warto zadbać o balkon i taras?

Dlaczego warto zadbać o balkon i taras?

Trudno wyobrazić sobie nowoczesny dom bez jego wizytówki, czyli balkonu lub tarasu. Elementy te stanowią dodatkową powierzchnię, która pozwala na chwilę oddechu na...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.