Strefy przemarzania gruntu
Określenie maksymalnej głębokości przemarzana gruntu jest jednym z podstawowych elementów prawidłowego projektowania większości obiektów budowlanych. Przemarzanie gruntu to okresowe zjawisko zamarzania wody w gruncie.
Przemarzanie gruntu może prowadzić do powstawania wysadzin mrozowych, polegających na podnoszeniu się ku górze powierzchni gruntu, spowodowanego zamarzaniem występującej w nim wody.
Od czego zależy głębokość przemarzania gruntu?
Głębokość przemarzania gruntu zależy od:
- zmiennych zjawisk zewnętrznych związanych z klimatem, głównie ujemnej temperatury powietrza, struktury i grubości pokrywy śnieżnej, siły wiatru, wielkości i intensywności opadów deszczu oraz innych jak np. promieniowanie słoneczne, a także czasu i zmienności występowania tych zjawisk;
- stałych i zmiennych zjawisk związanych z podłożem gruntowym, rodzaj (porowatość i skład mineralny), struktura (układ warstw), skład granulometryczny oraz stan gruntu (wilgotność i stopień nasycenia), a także poziomu zwierciadła wód gruntowych;
- ukształtowania terenu (płaski/pofałdowany, odsłonięty/zakryty) i jego podatności na działanie czynników zewnętrznych klimatycznych, promieniowania słonecznego i innych;
- zagospodarowania i sposobu użytkowania terenu: intensywność i rodzaje roślinności, intensywność i sposób zabudowy, sposób utwardzenia powierzchni i inne.
Głębokość przemarzania może się zmieniać w czasie w zależności od tego, w jakim stopniu jednocześnie występują wymienione powyżej zjawiska i sytuacje.
Dlatego rzeczywista głębokość przemarzania może być różna w przypadku różnych obiektów, zlokalizowanych nawet niedaleko od siebie.
Dla ułatwienia pracy projektantom w odpowiednich normach określane są strefy przemarzania gruntu, wraz z przyporządkowanymi do nich maksymalnymi głębokościami przemarzania.
Strefy przemarzania gruntu – przepisy normowe
W Polsce, ostatni raz, strefy przemarzania gruntu zostały określone w normie PN-81/B-03020
W normie tej zamieszczona została szczegółowa mapa zasięgu stref przemarzania gruntu w Polsce.
Norma PN-81/B-03020 została wycofana w 2010 roku i zastąpiona Eurokodem 7 (PN-EN 1997-1 i PN-EN 1997-2). Jednak do tej pory nie została opublikowana nowa mapa określająca strefy przemarzania gruntu w Polsce lub sposób określania głębokości przemarzania dla celów projektowania obiektów budowlanych.
Zasięg stref przemarzania gruntu w Polsce
W Polsce występują cztery strefy przemarzania gruntu.
- I strefa przemarzania gruntu obejmująca swoim zasięgiem województwa: zachodniopomorskie, lubuskie, większość województwa dolnośląskiego i wielkopolskiego, zachodnią część województwa pomorskiego i kujawsko-pomorskiego;
- II strefa przemarzania gruntu obejmująca swoim zasięgiem województwa: lubelskie, łódzkie, mazowieckie, znacząca część województwa pomorskiego, kujawsko-pomorskiego, warmińsko-pomorskiego, opolskiego, śląskiego, świętokrzyskiego oraz małopolskiego i podkarpackiego;
- III strefa przemarzania gruntu obejmująca swoim zasięgiem południową część województwa małopolskiego i podkarpackiego, znaczna cześć województwa podlaskiego i kujawsko-pomorskiego oraz cześć województwa świętokrzyskiego;
- IV strefa przemarzania gruntu obejmująca swoim zasięgiem jedynie północno-wschodni fragment naszego kraju (część województw kujawsko-pomorskiego i podlaskiego).
Szczegółową mapę z zasięgiem stref przemarzania gruntu oraz przyporządkowane do nich głębokości przemarzania (hz) w Polsce według PN-1981/B-03020 prezentujemy poniżej.
Do każdej z czterech stref przemarzania gruntu przyporządkowano odpowiadającą jej maksymalną głębokość przemarzania gruntu i tak dla:
- pierwszej strefy przemarzania poziom zamarzania wody w gruncie wynosi 80 cm,
- drugiej strefy przemarzania poziom zamarzania wody w gruncie wynosi 100 cm,
- trzeciej strefy przemarzania poziom zamarzania wody w gruncie wynosi 120 cm,
- czwartej strefy przemarzania poziom zamarzania wody w gruncie wynosi 140 cm.
Głębokość stref przemarzania gruntu w Polsce według PN-1981/B-03020
Głębokości przemarzania gruntu dla przewodów wodociągowych, kanalizacyjnych i drenaży
Zaleca się powiększanie głębokości przemarzania w przypadku przewodów wodociągowych, kanalizacyjnych i drenaży
Zasięg poszczególnych stref przemarzania w Polsce, jak też przyporządkowane do nich głębokości przemarzania, zmieniały się na przestrzeni lat. Jednak zawsze podstawą ich określania był czynnik temperaturowy, ale bez uwzględnienia wpływu czasu, nie mówiąc o innych zjawiskach i czynnikach.
Dlatego podawane są zalecenia powiększania głębokości przemarzania w przypadku przewodów wodociągowych, kanalizacyjnych i drenaży, w zależności od ich średnicy o 0,4 do 0,2 m poniżej głębokości przemarzania gruntu, a nawet o 1/3 w stosunku do wartości z normy.
Modele określania głębokości przemarzania gruntu
Istnieje wiele modeli określania głębokości przemarzania gruntu, w różnych stopniu uwzględniających wpływ różnych zjawisk i czynników. Zostały one opracowane dla określonych obszarów i ich stosowanie do innych obszarów może być dyskusyjne, a na pewno będzie obarczone błędem trudnym do oszacowania.
Najczęściej podstawą wzorów służących do określania głębokości przemarzania jest wskaźnik mrozowy (ang. Air Freezing Index - AFI). Podstawą obliczania wskaźnika mrozowego jest to najczęściej suma średnich ujemnych temperatur dobowych w okresie zimy. Należy jednak zaznaczyć, że sposób określania tego wskaźnika różni się w poszczególnych krajach.
W Polsce przeprowadzane były obserwacje i pomiary na podstawie których można stwierdzić że w niektórych regionach strefy i głębokości przemarzania są większe niż te podane w PN-1981/B-03020. Jednocześnie zaobserwowano, że na innych obszarach głębokości przemarzania są mniejsze.
AKTUALIZACJA: lipiec 2023 r.