Czym są wysadziny mrozowe w nawierzchniach?

Wysadziny mrozowe to podnoszenie się nawierzchni, gdy soczewki lodowe rosną w zamarzniętym gruncie pod nią.

Jak to działa

Soczewka lodowa to warstwa lodu rosnąca wewnątrz gruntu. Woda przemieszcza się w stronę frontu przemarzania, często przez podciąganie kapilarne, i zasila soczewkę. Soczewka rośnie i pcha grunt oraz nawierzchnię nad nią w górę. 9-procentowe rozszerzenie wody podczas zamarzania jest zbyt małe, aby wyjaśnić wysadziny tej wielkości.

FAA wymienia trzy warunki szkodliwego działania mrozu. Wszystkie trzy muszą wystąpić jednocześnie.

1. Grunt jest wysadzinowy.
2. Temperatury poniżej zera sięgają do tego gruntu.
3. Wolnej wilgoci jest dość, aby utworzyć soczewki lodowe.

Jeśli grunt jest nasycony w 70 procentach lub bardziej, FAA stwierdza, że wysadziny prawdopodobnie wystąpią. Woda może pochodzić z powierzchni lub boków nawierzchni, z kondensacji albo z dużej głębokości przez podciąganie kapilarne.

Grunt wysadzinowy

FAA dzieli grunty na cztery grupy przemarzania, FG-1 do FG-4. Używa klasy gruntu i udziału materiału drobniejszego niż 0,02 mm, liczonego wagowo. Wyższa liczba oznacza bardziej podatny grunt. Grunty o wysokiej granicy płynności i dużej zawartości pyłu i iłu są bardziej podatne niż żwiry czy piaski. FAA stwierdza, że wybór grupy przemarzania jest subiektywny.

Wpływ na nawierzchnię lotniskową

Wysadziny mrozowe rzadko są równomierne. FAA wymienia nierównomierne wysadzanie, nierówności, ograniczenie odwodnienia i spękania wśród skutków działania mrozu. W nawierzchni podatnej pęczniejące wybrzuszenie jest zwykle spowodowane działaniem mrozu wokół różnych materiałów podłoża. W nawierzchni sztywnej wysadziny mogą spowodować uskok przy spoinie lub pęknięciu.

Wysadzona droga startowa może utracić równość, którą EASA opisuje jako osiągalną dla nowej warstwy ścieralnej. Chodzi o odchylenie nie większe niż 3 mm pod łatą 3 m.

Odwilż to drugie zagrożenie. Podłoże traci nośność, gdy mróz topnieje. FAA i EASA mówią, że w tym okresie należy unikać eksploatacji z przeciążeniem.

Projektowanie przeciwko mrozowi

FAA dopuszcza trzy podejścia w AC 150/5320-6G, rozdział 3.14.

• Pełna ochrona przed mrozem: nawierzchnia i materiał niewrażliwy na mróz razem zatrzymują przemarzanie. FAA rozważa ją głównie dla pasów startowych i dróg kołowania na dużych lotniskach węzłowych albo tam, gdzie głębokość przemarzania jest mała.
• Ograniczone przemarzanie podłoża: materiał niewrażliwy na mróz pokrywa 65 procent głębokości przemarzania. Celem jest mniej niż 1 cal (25 mm) wysadzenia.
• Obniżona nośność podłoża: projekt zakłada około 50 procent normalnej nośności podłoża w okresie odwilży.

W każdym przypadku FAA zaleca jednorodne podłoże z łagodnymi przejściami między różnymi materiałami. Zaleca też geosyntetyczną warstwę separacyjną między materiałem niewrażliwym na mróz a podłożem, gdy inżynier geotechnik to zaleca.