Natalija Lepkova, Danutė Sližytė, Rimantas Mackevičius, Vilniaus Gedimino technikos universiteto Statybos fakulteto docentai, technikos mokslų daktarai
Ledynas, per milijardus metų siekiančią mūsų planetos istoriją, ne vieną kartą viešėjęs nuostabiame Žemės plote, kurį dabar vadiname Lietuva, pasitraukė paskutinį kartą prieš maždaug 12 tūkstančių metų, palikdamas mums daugelyje vietų tvirtus, puikiai statybai tinkančius moreninius priemolius, priesmėlius, kuriuos dar vadiname dulkingais, smėlingais moliais. Tie patys ledyno sukurti moreniniai molingi gruntai sudarė nelaidų vandeniui sluoksnį, kuris leidžia mums džiaugtis švariu, gaiviu giluminiu tarpsluoksniniu vandeniu ir nuostabiu, ežerais papuoštu kraštovaizdžiu.
Ledynas pasitraukė iš Lietuvos ir sugrįš negreitai, nes dabar pasaulis jaučia ir kalba apie klimato šilimą. Žmonija išgyvena, nors tie klimato šilimai ir atšalimai jau vyko daug kartų. Geologai teigia, kad prieš 2,5 milijardo metų Žemė buvo panaši į milžinišką sniego gniūžtę: beveik visas jos paviršius didžiausio atšalimo metu buvo padengtas sniego ir ledo sluoksniu.
Prieš 2,5 milijardo metų Žemės planeta buvo beveik pilnai apledėjusi ir priminė sniego gniūžtę.
Po to atėjo šiltesni laikai, Grenlandijos kraštovaizdis nebuvo ledo karalystė, priminė Lietuvos dabartinius peizažus. Tada vėl šalo, po to vėl šilo.
Šaltis gali padėti statybininkams sutvirtinti silpnus vandeningus gruntus, paversti juos monolitu, panašiu į uolieną. Natūraliu būdu tai yra susidarę amžinojo įšalo regionuose Kanadoje, JAV Aliaskoje, Suomijoje ir kituose šiaurės kraštuose. Ten dabar išgyvenama, kad dėl klimato šilimo tirpsta dalis „amžinojo“ įšalo, tvirti pagrindai virsta patižusiais gruntais, dėl to pritaikyti atšiaurioms sąlygoms pastatai, patekę į nelauktai šiltą aplinką, neleistinai sėda, traška jų sienos.
Statybininkai turi galimybę šaltį pakviesti pagalbon dirbtinai šaldydami gruntus ir taip juos stabilizuodami. Turbūt kiekviena šeima buityje naudojasi šalčio gerove, turi šaldytuvus, šaldiklius. Kodėl to nepanaudojus pastatų, tunelių statybai?
Dirbtinai sušaldant gruntą keičiama jo struktūra: vandens-koloidiniai ryšiai tarp kietųjų dalelių, charakteringi dispersiniam gruntui (smėliui, moliui), tampa kristaliniais ryšiais, būdingais uolienai. Ledas sucementuoja pavienes kietąsias daleles į monolitą.
Tiesa, būtina atkreipti dėmesį, kad toks sucementavimas ledu galioja tik tol, kol grunte yra neigiama temperatūra. Atšilus kristaliniai ryšiai tarp kietųjų dalelių išnyksta, tvirtas monolitas vėl virsta dispersiniu gruntu.
Grunto stiprinimas užšaldymu visada yra laikinas procesas. Per šaldymo laiką reikia atlikti visus būtinus darbus: pragręžti tunelį vandeningame grunte, stabilizuoti smengantį namą ar bokštą, izoliuoti pavojingas aplinkai atliekas.
Grunto stabilizavimo šaldymu metodą pirmasis pasiūlė ir užpatentavo vokietis Hermannas Poetschas dar 1883 metais. Šis metodas ekologiškai švarus, jį naudojant į aplinką nepatenka nuodingų medžiagų.
Grunto šaldymas atraminei sienai įrengti.
keller-na.com piešinys
Šiuolaikinėje geotechnikoje naudojami du pagrindiniai stiprinimo užšaldymu metodai. Vienu atveju užšaldoma greitai – tuomet naudojamas skystasis azotas, kurio temperatūra pažeminama iki -196 oC. Kitu atveju užšaldoma palengva, naudojant 30 procentų kalcio chlorido tirpalą, kurio temperatūra krinta tik iki -35 oC.
Pirmasis būdas dar vadinamas tiesioginio užšaldymo metodu, o antrasis – netiesioginio užšaldymo metodu.
Specialiuose vamzdžiuose (naudojant skystą azotą – variniuose, o kitu atveju – plieniniuose), įgręžtuose į gruntą, šaldymo medžiaga cirkuliuoja ir savo ledinį šaltį perduoda aplinkiniam gruntui, užšaldydama jame esantį vandenį, gruntą paversdama lediniu monolitu.
Azotas N2 sudaro apie 78 % mūsų planetos Žemės atmosferos oro tūrio. Skystasis azotas (dažnai žymimas LN2) naudojamas šaldymo sistemose kaip šaldantis skystis.
Kalcio chloridas CaCl2 ekologiniu požiūriu (kaip ir azotas) yra švarus, netoksiškas cheminis junginys. Maisto pramonėje (pavyzdžiui, sūrių gamyboje) kartais naudojamas kaip papildas, kuris Lietuvoje ir visoje Europos Sąjungoje žymimas E509. JAV maisto ir vaistų administracija kalcio chloridą vertina kaip visuotinai pripažintą saugią medžiagą. Naudojamas konservuojant daržoves ir vaisius, kartais alaus gamyboje papildyti vandenį trūkstamais mineralais.
Užšaldymas azotu leidžia pasiekti tikslą greitai: per 5–7 paras gauti tvirtą, nelaidų vandeniui suledėjusio grunto monolitą. Neigiama savybė yra ta, kad šis metodas reikalauja daug energijos, brangus tiek greitasis užšaldymas (70–100 Eu/m3), tiek žemos temperatūros palaikymas (7–10 Eu/m3 per parą).
Kai naudojamas kalcio chlorido tirpalas, užšaldoma lėčiau, per 20–30 parų, energijos užšaldymui ir neigiamos temperatūros palaikymui sąnaudos mažesnės. Užšaldymui – 10–15 Eu/m3, dirbtinio įšalo palaikymui – 0,5-1,0 Eu/m3 per parą.
Kartais naudojamas šių dviejų metodų derinys: užšaldymui naudojamas skystasis azotas (kad greičiau užšaltų), o šalčio palaikymui – kalcio chlorido tirpalas (kad pigiau kainuotų). Tiesa, šio mišraus metodo technologija yra itin sudėtinga.
Kokybei kontroliuoti į gruntą prieš užšaldant įdedami termometrai. Naudojant užšaldymo metodą moliniams gruntams stabilizuoti, būtina įvertinti galimą kilsnumo poveikį, ypač kalcio chlorido tirpalo atveju.
Užšaldytame grunte įrengtas Varšuvos metro tunelis. rodio.de nuotr.
Grunto užšaldymas ir tos būsenos palaikymas reikalauja daug energijos, todėl prieš naudojant šį metodą reikia kruopščiai suskaičiuoti jo kainą ir palyginti su alternatyviomis technologijomis (grunto stiprinimu porų injekcija, srautine injekcija, stabilizavimu ekstrakcijos būdu ar kepinimu aukšta temperatūra). Priklausomai nuo geologinių sąlygų gali būti nustatytas optimaliausias tai vietai gruntų stiprinimo metodas.
Pavyzdžiui, tvirtinant pasvirusį Pizos bokštą kaip vienas vandeningo molinio ir smėlinio pagrindo stabilizavimo būdų buvo siūlomas šaldymas, bet vėliau apsistota ties ekstrakcijos (grunto išėmimo iš po pamato dalies) metodu. Grunto šaldymas buvo panaudotas daugelyje metro statybos objektų Vienoje, Hamburge, Varšuvoje, Stambule, Sankt Peterburge, Kaire. Angliškai grunto stabilizavimo šaldant metodas vadinamas „Soil Freezing“, vokiškai – „Baugrundvereisung“.
Lietuvoje grunto stabilizavimas šaldymu kol kas dar nebuvo naudojamas. Pasaulyje jį atlieka ir tobulina visos stambiausios geotechninių darbų bendrovės („Bauer Spezialtiefbau“, „Soletanche Bachy“, „Keller“, „Soilmec“, „Rodio“).
Grunto šaldymo darbai gali būti atliekami žemės paviršiuje.
theconstructor.org nuotr.
Grunto šaldymas giliajam šuliniui įrengti.
theconstructor.org nuotr.
