Tjälen lyfter inte för att vatten fryser: vad som faktiskt händer i marken på vintern
Den vanligaste förklaringen till tjällyftning är att vatten utvidgar sig när det fryser och därför trycker marken uppåt. Förklaringen är fel, eller åtminstone otillräcklig. Isens volymökning är knappt en tiondel, medan marken kan lyfta flera centimeter. Räkningen går inte ihop.
Det som verkligen händer är mer intressant och förklarar varför vissa jordar är förödande och andra helt harmlösa. När en frysfront tränger ned i marken bildas is i porerna, och det skapar ett sug som drar upp vatten underifrån mot fronten. Vattnet fryser när det når den, och det bildas linser av ren is som växer horisontellt. Marken lyfts av is som transporterats dit, inte av det vatten som redan fanns på plats.
Det förutsätter tre saker samtidigt: kyla, tillgång till vatten och en jord med rätt kornstorlek. Saknas någon av dem händer ingenting.
Silt är problemet, inte lera och inte grus
Kornstorleken avgör allt. Grus och grov sand har så stora porer att kapillärkraften är svag, alltså inget vatten transporteras uppåt. Lera har så små porer att vattnet inte hinner röra sig tillräckligt snabbt trots stark sugkraft.
Däremellan ligger silt och finsand, som har den olyckliga kombinationen av stark kapillaritet och tillräcklig genomsläpplighet. Det är i praktiken de mest tjälfarliga jordarterna i Sverige, och de förekommer rikligt i älvdalar och gamla sjöbottnar.
Statens väg- och transportforskningsinstitut har under lång tid forskat på tjälens inverkan på vägkonstruktioner, och klassificeringen av jordarter efter tjälfarlighet är i grunden en fråga om just kornstorleksfördelning. För en markentreprenad betyder det att en jordanalys inte bara säger något om bärighet utan också om vad som kommer att hända i februari.
Därför läggs saker på frostfritt djup
Att lägga en vattenledning eller en grundplatta under tjäldjupet handlar inte främst om att vattnet i röret skulle frysa. Det handlar om att undvika att konstruktionen lyfts och sänks ojämnt två gånger per år.
Tjäldjupet varierar kraftigt över landet och mellan år. Det styrs av summan av köldgrader över vintern och av snötäcket, som fungerar som isolering. En vinter med sträng kyla och lite snö ger betydligt djupare tjäle än en vinter med samma medeltemperatur men rikligt snöfall. SMHI redovisar de mätserier över temperatur och snödjup som ligger till grund för hur tjäldjup uppskattas i olika delar av landet.
Det praktiskt viktiga är att djupet inte är en konstant utan ett dimensioneringsvärde. Ett rör som ligger precis på gränsen klarar sig de flesta år och fryser det år kylan kommer tidigt och snön sent.
Alternativet till djup är isolering. Markskivor lagda ovanför en ledning eller runt en grund gör att frysfronten aldrig når ned, vilket är standardlösningen när schaktdjupet av andra skäl behöver hållas nere.
Tjällossningen är farligare än tjälen
Frusen mark bär utmärkt. Problemen kommer när den tinar, och de kommer i en bestämd ordning.
Upptining sker uppifrån, medan marken längre ned fortfarande är frusen. Smältvattnet från islinserna kan därför inte dränera nedåt utan blir kvar i det översta skiktet, som blir kraftigt vattenmättat. Bärigheten kan då vara dramatiskt lägre än under sommaren, ibland bara en bråkdel.
Det är hela förklaringen till bärighetsrestriktioner på vägar under våren, och till varför entreprenörer undviker att köra tunga transporter på nyanlagda ytor just den perioden. En yta som klarade en lastbil i november kan bryta samman i april.
För en fastighetsägare visar sig samma sak i mindre skala: gropar i grusplaner, mjuka gräsytor som spårar sig av ett enda hjul, och plattsättningar som blivit ojämna sedan hösten.
Vad som faktiskt går att bygga på vintern
Det finns en föreställning om att markarbeten inte kan utföras vintertid. Det stämmer inte, men förutsättningarna ändras.
Schakt går att utföra i tjäle, men det kräver mer maskin och tar längre tid, eftersom frusen jord i praktiken beter sig som svag berg. Kostnaden per kubikmeter stiger.
Det som däremot inte fungerar är att fylla igen med fruset material. Frusna klumpar går inte att packa, och när de tinar uppstår hålrum som ger sättningar precis där man minst vill ha dem. Fyllnadsmaterial ska därför vara tjälfritt när det läggs, vilket i praktiken innebär att det behöver skyddas eller hanteras varmt.
Samma sak gäller ytan man fyller mot. En schaktbotten som hunnit frysa innan fyllningen läggs på blir en fuktfälla, eftersom isen där smälter efteråt.
Åtgärden i båda fallen är enkel och kostar pengar: täckning. Frostmattor eller isolerande täckning läggs över öppna schakter och över materialupplag så att arbetet kan fortsätta. Det är en post som ska finnas i en vinteroffert och som saknas i en som ser billig ut.
Snöupplaget är en markfråga
Där snö plogas ihop hamnar också allt som legat på ytan under vintern: vägsalt, sand, olja, däckpartiklar och skräp. Smältvattnet från ett snöupplag är därför betydligt mer förorenat än vanligt dagvatten.
Det innebär att placeringen av snöhögar inte är godtycklig. En hög som ligger mot en dagvattenbrunn leder allt detta direkt till nätet. En …
Fortsätt läsa