Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [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


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


"Wirtualne malowanie" - wykonaj sam symulację online »

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Jak zapewnić trwałość mocowania elewacji?


Wsporniki przejmują ciężar muru i za pomocą zabetonowanych szyn kotwiących lub kotew przekazują go na ścianę nośną... ZOBACZ »


Płynne membrany poliuretanowe - gdzie je stosować?

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

Siła związania do podłoża przekraczająca 20 kg/cm2, wysoka odporność na niszczące czynniki eksploatacyjne...
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dowiedz się więcej o hydroizolacji dachów »

Chcesz ograniczyć straty ciepła z budynku? Zobacz »

Dostarczamy innowacyjne systemy hydroizolacji oraz pokryć dachowych, mające na celu zmianę sposobu życia i pracy naszych klientów... czytaj dalej » W obecnych czasach rosnące ceny energii cieplnej i elektrycznej skłaniają do analizy strat ciepła w budynkach mieszkalnych. Jedynym sposobem ograniczenia kosztów jest... czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


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 »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
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

.