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Frost Heave and Foundations

Il nocciolo su come funziona frost heave Nella maggior parte del nord degli Stati Uniti il terreno si congela durante i mesi invernali ad una profondità di diversi piedi. Tale congelamento del terreno può portare al sollevamento di edifici situati sopra o adiacenti ad esso. Le forze coinvolte possono essere molto distruttive per le strutture […]
Il nocciolo su come funziona frost heave

Nella maggior parte del nord degli Stati Uniti il terreno si congela durante i mesi invernali ad una profondità di diversi piedi. Tale congelamento del terreno può portare al sollevamento di edifici situati sopra o adiacenti ad esso. Le forze coinvolte possono essere molto distruttive per le strutture leggermente caricate e causare seri problemi in quelle principali.

Come funziona Frost Heave

L’aumento di volume che si verifica quando l’acqua cambia in ghiaccio è stato inizialmente pensato per essere la causa di frost heave, ma ora è riconosciuto che il fenomeno noto come segregazione del ghiaccio è il meccanismo di base.

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L’acqua viene prelevata dal terreno non congelato alla zona di congelamento dove si attacca per formare strati di ghiaccio, costringendo le particelle del suolo a parte e causando il sollevamento della superficie del suolo. Senza restrizioni fisiche non vi è alcun limite apparente alla quantità di ansante che può verificarsi. (Movimenti superiori a 4 in. sviluppo sotto piani interrati in sole tre settimane sono stati registrati.)

Dove è presente il contenimento sotto forma di carico di un edificio, le pressioni di sollevamento possono o meno superare il contenimento, ma possono essere molto elevate: sono state misurate 19 tonnellate / sq ft e un telaio in cemento armato a sette piani su una base di zattera è stato osservato per sollevare più di 2 in.

Una forma diversa di azione del gelo, chiamata “adfreezing”, si verifica quando il terreno si congela sulla superficie di una fondazione. Le pressioni di sollevamento che si sviluppano alla base della zona di congelamento vengono trasmesse attraverso il legame adfreezing alla fondazione, producendo forze di sollevamento in grado di apprezzabili spostamenti verticali. Se costruito in blocco di cemento una parete seminterrato può fallire sotto tensione e parte ad un giunto malta orizzontale vicino alla profondità di penetrazione gelo.

Fattori di controllo

Affinché l’azione del gelo si verifichi devono essere soddisfatte tre condizioni fondamentali: il terreno deve essere suscettibile al gelo; l’acqua deve essere disponibile in quantità sufficienti; e le condizioni di raffreddamento devono causare il congelamento del suolo e dell’acqua. Se una di queste condizioni può essere eliminata, non si verificherà il criosollevamento.

La suscettibilità al gelo è correlata alla distribuzione dimensionale delle particelle del suolo. In generale, i terreni a grana grossa come sabbie e ghiaie non si sollevano, mentre argille, limi e sabbie molto fini sosterranno la crescita delle lenti di ghiaccio anche se presenti in piccole proporzioni nei terreni grossolani. Se i terreni sensibili al gelo situati dove influenzeranno le fondazioni possono essere rimossi e sostituiti da materiale più grossolano, non si verificherà il criosollevamento.

L’acqua deve essere disponibile nel terreno non congelato per il movimento verso il piano di congelamento in cui si verifica la crescita delle lenti di ghiaccio. Una falda freatica elevata rispetto alla posizione delle lenti di ghiaccio favorirà quindi l’azione del gelo. Dove è prescritto un adeguato drenaggio, l’acqua può essere impedita di raggiungere la zona di congelamento in terreni sensibili al gelo.

La profondità di congelamento è in gran parte determinata dal tasso di perdita di calore dalla superficie del suolo. Oltre alle proprietà termiche del suolo, questa perdita di calore dipende da variabili climatiche come la radiazione solare, il manto nevoso, il vento e la temperatura dell’aria, che è la più significativa. Se la perdita di calore può essere prevenuta o ridotta, i terreni sensibili al gelo potrebbero non presentare temperature di congelamento.

Indice di congelamento e profondità di gelo

I record di temperatura dell’aria possono essere utilizzati per misurare la gravità del congelamento del terreno utilizzando il concetto degree-day. (Se la temperatura media giornaliera dell’aria è 31F questo sarà un grado-giorno.) L ‘”Indice di congelamento” è semplicemente il totale accumulato di gradi-giorni di congelamento per un dato inverno.

Azione del gelo e fondazioni

L’approccio convenzionale alla progettazione delle fondazioni per prevenire danni da gelo consiste nel posizionare la fondazione oltre la profondità di penetrazione massima prevista del gelo in modo che il terreno sotto la superficie portante non si congeli. Questa misura da sola, tuttavia, non impedisce necessariamente danni da gelo; se lo scavo è riempito con terreno sensibile al gelo può portare a danni da adfreezing. Le profondità alle quali devono essere poste le fondamenta sono normalmente determinate dall’esperienza locale, come incorporato nello statuto degli edifici, ma in assenza di tali informazioni può essere utilizzata la correlazione mostrata nel grafico precedente.

Per loro stessa natura i terreni sensibili al gelo non drenano bene, e sebbene l’afflusso di acque sotterranee possa essere impedito, la quantità di acqua disponibile nel terreno non congelato è spesso sufficiente a produrre un notevole sollevamento. Ove possibile, è buona norma rimuovere il terreno suscettibile al gelo e sostituirlo con materiale granulare grossolano che sia facile da drenare. Dovrebbe essere seguita anche una buona pratica di drenaggio, compresa la fornitura di piastrelle di drenaggio attorno al perimetro delle fondazioni.

Importanza del drenaggio

Un buon drenaggio è importante con qualsiasi fondazione e FPSF non fa eccezione. L’isolamento si comporta meglio in condizioni di terreno più asciutto.

Assicurarsi che l’isolamento del terreno sia adeguatamente protetto dall’umidità eccessiva attraverso pratiche di drenaggio acustico, come inclinare il grado lontano dall’edificio. L’isolamento deve essere sempre posizionato sopra il livello della falda freatica. Uno strato di ghiaia, sabbia o materiale simile è raccomandato per migliorare il drenaggio e per fornire una superficie liscia per il posizionamento di qualsiasi isolamento alare orizzontale. Per i progetti FPSF non riscaldati è necessario uno strato di scarico minimo da 6 pollici. Oltre la profondità minima di fondazione da 12 pollici richiesta dai codici di costruzione, la profondità di fondazione aggiuntiva richiesta da un progetto FPSF può essere costituita da materiale di riempimento compattato e non resistente al gelo come ghiaia, sabbia o roccia frantumata. Inoltre, l’aggiunta di riempimento drenante libero aiuta a ridurre al minimo o eliminare il potenziale di sollevamento del gelo

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