وتواجه الجدران المحتفظ بها في مناخات التجميد مجموعة فريدة من التحديات التي يمكن أن تضر بالسلامة الهيكلية والطول، وتخلق الدورة المتكررة للتجميد والاختناق قوى لا تصمم على الصمود، وتتسبب هذه القوى، بمرور الوقت، في كسر، وترهيب، وتداع، بل وحتى فشل كارث، إن لم تعالج معالجة سليمة، وتوفر هذه المادة دليلا شاملا لبناء جدران وظيفية لا تزال دائمة.

The Science of Freeze-Thaw Cycles and Frost Heave

وتتوسع المياه بنسبة 9 في المائة تقريبا عندما تتجمد، وفي مناخ متجمد، تخترق التربة خلف جدار محتفظ به أو تخضع المواد الجدارية نفسها لهذا التوسع مرارا، وليست العملية مجرد توسع ثابت وانكماش، بل تشمل هجرة المياه نحو جبهة التجميد، وتشكل عدسات جليدية يمكن أن تمارس ضغوطا هائلة، وهذه الظاهرة المعروفة باسم " الضغط المتجمد " ، هي السبب الرئيسي.

وتؤثر ثلاثة أنواع من الأضرار التي لحقت بالمجمدة عادة على الجدران المحتفظ بها. وتتم التتبع عندما تتجاوز الضغوط الداخلية قوة المواد أثناء التجميد. وتُحدِّد ، وتُحدِّد رموز البناء السطحي أو تُثبتها، وتُنتج عن التناوب في مسامات قريبة من السطح().

تقييم الموقع وإعداد التربة

وقبل بدء البناء، يكون من الضروري إجراء تقييم شامل للمواقع، ويحدد نوع التربة خصائص الصرف وإمكانية حدوث كسور في المياه. التربة المتماسكة مثل الطين والحلبة عرضة بشدة لكسر الغطاء لأنها تحتفظ بالمياه وتتيح اتخاذ إجراءات في مجال الحد من الرمل نحو جبهة التجميد([FLT]).

وينبغي أن يشمل اختبار التربة تحليل حجم الحبوب، ومؤشر البلاستيك، ومحتويات الرطوبة، كما أن إجراء تحقيق جيولوجي قد يشمل اختباراً للاحتياط لتقييم معدلات الصرف، وعندما تكون الطاقة الكثيفة للغطاء مرتفعة، ينظر في تركيب بطانية تصريف أو تصريف فرنسي خلف الجدار لاعتراض المياه قبل أن تصل إلى منطقة التجميد، ويجب أن تُدمج التربة الأساسية في 95 في المائة على الأقل من جدول الاختبارات غير المستقرة.

النظر في مسألة إفلاس

عمق التغلغل الباطني يتباين بشكل كبير حسب المنطقة في مينيسوتا وأجزاء من كندا، يمكن أن يتجاوز عمقها أربعة أقدام، في مناطق الجمود المتجمدة، قد يكون من 12 إلى 18 بوصة فقط، الأساس الذي يقوم عليه الجدار المتجمد في جو من المظلة يجب أن يمتد إلى أسفل خط التجمد لمنع السطوع المتجمد

اختيار المواد اللازمة للأجل المحدد

ليس كل مواد البناء تؤدي بنفس القدر في ظروف التجميد واختيار المواد يؤثر بشكل مباشر على مقاومة الجدار للكسر و التفاخر والتدهور الطويل الأجل

Reinforced Concrete

ويستخدم التكتل على نطاق واسع للإبقاء على الجدران في المناخ البارد بسبب قوتها وقابليتها للاستمرار عندما تكون مصممة تصميماً سليماً، غير أن الخرسانة الموحدة عرضة للضرر من المكشوف ما لم تكن مدرَّبة على الهواء، وتحتوي الخرسانة المصغرة على فقاعات هوائية توفر حيزاً للتوسع عند تجميدها، وتقليص الضغط الداخلي.

الحجر الطبيعي

فالحجارة الطبيعية توفر قدرة ممتازة على التكديس والتعبئة في مناخات التجميد، ولكن مسائل الاختيار، والحجارة المنخفضة القيمة مثل الغرانيت والباسلت ومساحة الكمبيوت التي تقاوم التفريط، وأجهزة الصخور التي تُعدّل في شكل أحجار، وأجهزة الصخرة التي تُعدّل بسرعة.

وحدات حبس خرسانية وأسور الاحتفاظ الجزئية

إن الحوائط الجزئية التي تُستخدم من القطع الخرسانية المجففة أصبحت شائعة لأنها تتسامح مع الحركة جيداً، كل حجرة مُلقية بنظام شفاه أو دبوس يسمح للجدار بالارتطام قليلاً أثناء دورات التجمّد دون أن يُكسر، والثغرات بين الكتل تُيسّر أيضاً تصريف المياه، وبالنسبة للجدارات الجزئية في مناخات المجمدة، يجب أن تُصنّع بواسطة الخرسانة ذات الخرسانية

الأخشاب

فالحيطان التي تُحتفظ بالأخشاب شائعة في البيئات السكنية، ولكنها محدودة في فترات الحياة في مناخات الجذور ما لم تعالج الأخشاب معالجة سليمة، ولا بد من وجود متسع من الخشخاش المعالج بالضغط من أجل الاتصال بالأرض، بل إن الخشب المعالج يمكن أن يعاني من ضرر مجمد إذا ما تم فحص وشقق المياه، وينبغي أن تدعم جدران الخشب بطبقة من الحصى ونسيج جيوتسي.

نظم التدريب: أكثر العوامل حرجة

المياه هي عدو الحفاظ على الجدران في مناخات الجذور بدون تصريف فعال، تتراكم المياه خلف الجدار، وتتجمد وتتوسع وتطبق الضغط الهيدروكستي والجليد الذي يمكن أن يتجاوز قوة تصميم الجدار، ونظام الصرف الصحي المصمم جيدا ليس اختياريا، وهو العامل الوحيد الأكثر أهمية في الأداء الطويل الأجل.

البحــر

فتحات الجيب تفتح في الجدار مما يسمح بتصريف المياه من المدافن الخلفية إلى الأمام، وينبغي وضعها على فترات منتظمة، عادة ما تتراوح بين 4 و 8 أقدام على نحو أفقي، وفي قاعدة الجدار، وينبغي أن يكون قطر فتحات النسيج 4 بوصة على الأقل لمقاومة التنظيف، وفي جدران الخرسانة أو الماشية، يمكن تشكيل ثقوب النسيج بأكمام الأنابيب أو تركها كبنة مشتركة.

مجمعات الغطس الخلفية ورسوم الترميم

ويستخدم المدافن الخلفية الخماسية خلف الجدار كوسيلة تصريف، حيث يستخدم مقبرة نظيفة ومجانية (تراوح بين 3/4 و 1.5 بوصة) مع وجود محتوى ضئيل من الغرامات، وينبغي أن تمتد المدافن الخلفية من قاعدة الجدار إلى داخل 12 بوصة من السطح، كما أن النسيج الجيوائي الموضع بين الحصى ومساح التربة المحلية يحول دون الارتحال إلى المهلة.

Subdrains and Drain Pipes

For walls over four feet length or in soils with poor drainage, a perforated drain pipe at the base of the wall is recommended. The pipe, typically 4 to 6 inches in diameter, should be wrapped in filter fabric and laid in a gravel trench that slopes to an outlet and the outsur at least 10 feet from the wall to prevent water from re-saturating the backfill.

تصميم المؤسسة وتعزيز

ويجب أن تقاوم المؤسسة قوى الثقوب المتجمدة وتوفر قاعدة مستقرة للجدار، ويتمثل النهج المشترك في حفر خندق تحت خط التجمد وملئه بمواد مدمجة من الجمر، ويتوقف استخدام القاعدة على طول الجدار وعلى القدرة على تحمل التربة، وبالنسبة لأسور الجاذبية، فإن قاعدة الأسلاك عادة ما تكون 50 إلى 75 في المائة من طول الجدار.

تعزيز الشبكة الأرضية

إن التحلل الجيولوجي هو مواد مائية اصطناعية تعزز الكتلة الأرضية خلف الجدار، مما يسمح لها بالعمل كهيكل مركب، وفي الجدران التي تحافظ على أجزاء من الأرض وتستقر آليا، تمتد الطبقات الجغرافية إلى المدافن الخلفية، وتربط الجدار بمبنى أكبر من التربة، ويزيد هذا التصميم بدرجة كبيرة من مقاومة التقلبات والارتطام في التربة.

توسيع نطاق مرافق الإقامة والحركة

وفي جدران صلبة مثل الحجارة الخرسانية أو المدافعة، يلزم توسيع نطاقها للسماح بالتوسع والانكماش الحراريين وكذلك حركة الجمود، وينبغي وضع هذه المراكب على فترات تتراوح بين 20 و 30 قدما، وفي زوايا وتغييرات في طول الجدار، وينبغي أن تكون المفاصل محشوة بمواقف مرنة يمكن أن تستوعب الحركة دون التناوب.

تقنيات البناء الباردة

ويجب أن يُحدَّد بناء جدار محتفظ به أثناء الطقس البارد تحديات إضافية، ويجب أن تكون هناك حاجة حقيقية إلى الحماية من التجميد أثناء العلاج، وأن يكون تقلص التربة أكثر صعوبة عندما تتجمد الأرض، وإذا حدث تشييد في أواخر السقوط أو في أوائل الربيع، توقع انخفاضات حرارة محتملة.() ويُقدَّم الدليل 306R-16 لتصليح الطقس البارد () معياراً لوضعه تحت الغطاء الحر

كما أن الترسب في المدافن يتطلب الرعاية في الطقس البارد، ولا تضع التعبئة على التربة المتجمدة، كما أن المادة الخلفية نفسها ينبغي أن تكون خالية من الجليد والثلوج، ويجب أن تعمل معدات الترسب مع المواد التي لا تزال صالحة للعمل، وإذا ما تجمد العمود الفقري قبل الضم، يجب إزالتها واستبدلها، ويضع العديد من المتعاقدين جدولا زمنيا لبناء الجدار في أواخر الربيع أو أوائل الصيف لتجنب حدوث مضاعفات الطقس الباردة، ولكن عندما يتطلب الجدول الزمني العمل في الشتاء، فإن هذه العصيات.

الصيانة والرصد الطويل الأجل

وحتى أفضل حائط للاحتفاظ بالجدران في مناخ التجميد يتطلب تفتيشاً ونفقة دوريين، وقد تُجرى عمليات تفتيش سنوية في الربيع بعد التجميد الأخير وفي الخريف قبل أن يوصى بالتجمد الأول، وتتحقق من الشقوق أو التمزق أو التلويث، وتُقيّد أي تغييرات في التواؤم أو الارتقاء، وتُغلق شبكات الصرف:

ويمكن أن تُغلق شقات صغيرة في الجدران الخرسانية بمرونة أو بختم البوليوريثان لمنع حدوث تراجع في المياه، ويمكن تصحيح المناطق المنتشرة، ولكن إذا كان الضرر كبيرا، فإن القسم الجداري قد يحتاج إلى استبداله، أما بالنسبة للأجسام المتقطعة، فينبغي إعادة فتح أو استبدال القطع المهددة أو المشققة بسرعة، وينبغي فحص جدران الأخشاب للدوار في القاعدة وفي الرواسب.

دراسات الحالة والتغيرات الإقليمية

وتحتاج الاختلافات الإقليمية في التربة، والتهيؤ، ودرجات الحرارة القصوى إلى نهج التكيف، ففي شمال غرب المحيط الهادئ، حيث تكون دورات التجميد متكررة ولكنها أقل حدة، ينصب التركيز على إدارة الصرف الصحي والرطوبة، وفي المصانع الكندية وفي المناطق العليا الغربية حيث تكون الشتاء طويلاً ومبرداً مع التغلغل الشديد في أعماق الأرض، وتصبح عمق الأساس، وفي المناطق الجبلية ذات درجات حرارة عالية.

ففي مينيبوليس مثلاً، حيث يبلغ عمقها الضئيل 42 بوصة، يجب أن تكون قاعدة الجدار المحتفظ بها على الأقل عمقها 42 بوصة، مع نظام صرف يمتد إلى ما دون الخط الفارغ لمنع تراكم الجليد في القاعدة، وعلى النقيض من ذلك، فإن الجدار في سياتل، حيث يبلغ عمقه الضعيف 12 بوصة، يمكن أن يكون له أساس سطحي، ولكن يجب أن يتصدى للتغيرات الكبيرة والمتوسطة في دورة التجميد.

خاتمة

إن استمرار بناء الجدار في مناخات التجميد يتطلب مستوى أعلى من التصميم وزمالة العمل مقارنة بمناطق المذيبات، فالقوى التي تولدها المياه المتجمدة قوية ولا تكل، وتتوقف النجاح على التحكم في المياه عن طريق الصرف، واختيار المواد التي تقاوم الضرر الذي يلحق بالمجمّد، وتوفير الأسس والتعزيزات التي تستوعب الحركة دون فشل، والتعزيزات الخرسانية التي تُدرَّب على الهواء، والثقوب الاصطناعية على النحو الواجب، والارتداد، والارتداد من جانب التراكم.