Over het ontstaan van gladheid

Bericht van: Ben Lankamp (Lelystad) , 03-01-2008 15:26 

Gladheid is één van de meest delicate meteorologische fenomenen die er bestaat. Het kan glad worden simpelweg door winterse neerslag, maar het is ook mogelijk terwijl het verder droog is en ook het wegdek in eerste instantie droog is. Hieronder wat achtergrond over de diverse vormen van gladheid die er zoal bestaan en waardoor ze veroorzaakt worden, evenals hoe ze vaak bestreden worden.

Wat is gladheid
Een wegdek of brug kan alleen glad worden als er sprake is van vocht dat bevroren raakt. Hierdoor vormt zich een klein ijslaagje op het oppervlak en net als bij ijs op een wateroppervlak is dit glad. Er zijn dus twee vereisten voor gladheid: een koud oppervlak (met een temperatuur onder het vriespunt) en de aanwezigheid van vocht op het oppervlak. Er zijn diverse manieren om beide condities te bereiken. Voor het gemak gaan we vanaf nu uit van een normaal asfaltwegdek en geen stalen brug o.i.d. Gladheid wordt weer bestreden door onder andere te strooien met zoutmengsels.

Gladheid door neerslag
De meest gemakkelijke manier om een oppervlak vochtig te maken is door er neerslag op te laten vallen. Elke vorm van neerslag is in principe 'nat', alleen kan de aggregatietoestand verschillen. Om de atmosferische toestand bij diverse vormen van winterse neerslag toe te lichten maak ik gebruik van een gevisualiseerd atmosferisch profiel in KNMI ?spk diagramformaat. Meer over het lezen van dit diagram vind je hier.

Sneeuw
Bij sneeuwval is de temperatuur doorgaans door de hele atmosfeer heen onder 0°C. Dit betekent dat er geen smeltlaag aanwezig is, de neerslag ondergaat dus geen verandering van aggregatietoestand. Aangezien sneeuw koude neerslag is en een temperatuur heeft van circa 0°C, zal bij het in contact komen van de sneeuw met het wegdek de temperatuur van het wegdek geleidelijk naar 0°C getrokken worden en ook rond maar vaak iets onder nul blijven zolang het blijft sneeuwen. Gladheid is echter al boven de 0°C mogelijk, omdat sneeuw op zichzelf al een soort 'ijs'laagje vormt waarover men kan uitglijden.



Door de tijd heen kan je het effect van sneeuwval op de luchttemperatuur, het dauwpunt en de wegdektemperatuur mooi zien in onderstaande grafiek:



De witte staafjes geven aan of er sneeuw valt, de hoogte geeft de intensiteit aan (dimensieloos). We zien dat op nadering van de sneeuwval de temperatuur al begint te zakken en het dauwpunt vrijwel gelijk wordt aan de temperatuur. Ook de wegdektemperatuur gaat geleidelijk aan omlaag tot rond of iets onder het vriespunt en stabiliseert dan.

IJzel
Bij ijzel is sprake van een kleine laag op enige hoogte in de atmosfeer waarin de temperatuur enkele graden boven nul is. Neerslag die door deze laag valt verandert dus van aggregatietoestand, smelt, maar raakt weer onderkoeld zodra deze weer in de luchtlaag eronder terecht komt die een temperatuur van onder het vriespunt heeft. Op het moment dat de onderkoelde druppel in contact komt met een oppervlak, bevriest de druppel en vormt zo een klein ijslaagje. Vanwege deze eigenschap en het feit dat ijzel vaak in regelmatige intensiteit valt, is de ijslaag vaak egaal en doorzichtig. Belangrijk voor ijzel is hoe dik de warme laag is en hoe dik en koud de koude laag eronder is. In onderstaand profiel is een vrij ideale ijzelsituatie geschetst. In de warme laag wordt het vlak tussen de 0°C-isotherm en het werkelijke temperatuurprofiel ook wel de ijsdriehoek genoemd.



Als we opnieuw een grafiek door de tijd heen maken, zien we dat door de ijzel de temperatuur een flink eind naar beneden getrokken wordt, zodat de verticale temperatuurverschillen tussen het wegdek en de luchttemperatuur (die gemeten wordt op 1,5 meter) gering zijn. Je ziet ook dat de luchttemperatuur eigenlijk te allen tijde onder nul is, wat ervoor zorgt dat de druppels onderkoeld zijn als ze de grond raken. Ook het wegdek is onder nul, wat voorkomt dat de in eerste instantie bevroren onderkoelde regen gelijk weer ontdooit.



Gladheid door condensatie en vochttransport
Tot nu toe hebben we het alleen gehad over gladheid veroorzaakt door vocht afkomstig uit neerslag, in combinatie met een wegdektemperatuur die al onder nul ligt of onder nul komt door de neerslag. Er is echter ook een andere manier om het wegdek vochtig te krijgen en gladheid te krijgen, namelijk door condensatie en vochttransport. Afhankelijk van de voorgeschiedenis en het exacte proces kan dit gladheid door opvriezing, aanvriezing of simpelweg bevriezing zijn.

Opvriezen van natte weggedeelten
Bij opvriezing is van belang hoe de voorgeschiedenis is. Na een wat langere, koudere periode is de grond onder een wegdek bevroren geraakt ('vorst in de grond') en deze vorst kan geleidelijk van onderen de wegdektemperatuur onder nul trekken. Om gladheid te krijgen moet het wegdek dan al wel vochtig zijn door bijvoorbeeld mist, neerslag of condensatie. Vaak komt opvriezing tegen het einde van de winter en in het voorjaar voor, na de winter zit de kou dan nog in de grond en overdag warmt het wegdek door de zon op tot vele graden boven nul. In de nacht koelt de lucht dan af tot een graad of 3-4 maar omdat de vorst nog in de grond zit, koelt het wegdek veel verder af dan je zou verwachten aan de hand van de luchttemperatuur: deze kan dan onder het vriespunt komen en bij een vochtig wegdek ontstaat dan gladheid.

Hieronder een grafiek door de tijd van de dieptetemperatuur (zwart) en de wegdektemperatuur bij een dieptetemperatuur zoals geschetst (rood) en bij géén vorst in de grond (blauw). We zien dat als er vorst in de grond zit, de wegdektemperatuur ruimschoots onder nul komt en er dus kans op gladheid ontstaat indien het wegdek vochtig is.



Aanvriezen
Deze soort van gladheid is bij veel mensen weinig bekend en kan heel verraderlijk zijn, omdat je geen neerslag of vorst in de grond nodig hebt om toch gladheid te krijgen. Door dagelijkse gang koelt de luchttemperatuur en ook de wegdektemperatuur af naar waarden onder het vriespunt, het wegdek is echter kurkdroog. De eerste inschatting zou dus zijn: geen gladheid. Van belang is echter ook de luchtvochtigheid en dan kijken we in het bijzonder naar het dauwpunt. Als de dauwpuntstemperatuur van de omgevingslucht onder de wegdektemperatuur ligt, is er niets aan de hand, ligt deze er echter boven dan treedt in een klein luchtlaagje net boven het wegdek condensatie op en komt er vochttransport op gang van dit luchtlaagje naar het wegdek. Het wegdek raakt dus geleidelijk vochtig. Desondanks is het niet gelijk glad, want het kost enige tijd voordat er genoeg vocht is geproduceerd om gladheid te krijgen.

Van belang is hoe groot het verschil is tussen het dauwpunt en de wegdektemperatuur, hoe groter dit verschil des te meer condensatie en dus hoe sneller het glad wordt. Bij een tweemaal zo groot verschil tussen Tweg en Tdauw zal dus ook ruwweg tweemaal zoveel condensatie optreden en kan het dus ook in de helft van de tijd glad worden! In onderstaande grafiek is een vrij typische aanvriezingssituatie geschetst. Aan het begin van de avond komt de wegdektemperatuur onder het dauwpunt terecht en begint condensatie op te treden. Na enkele uren kan dan vervolgens gladheid ontstaan als er genoeg condensatie heeft plaatsgevonden.



Bevriezing van natte weggedeelten
Tot slot nog de meest 'simpele' vorm van gladheid: het wegdek is al vochtig, door condensatie, neerslag, maakt niet uit. De wegdektemperatuur zakt onder nul en het vocht begint te bevriezen en hierdoor ontstaat gladheid. In de onderstaande grafiek is een simpele tijdweergave van de wegdektemperatuur weergegeven, als het wegdek gedurende de hele periode vochtig is, is er tijdens de nachtelijke uren kans op gladheid.



Bestrijden/voorkomen van gladheid
Om gladheid te bestrijden of te voorkomen kunnen diverse oplossingen gekozen worden, afhankelijk van de intensiteit en vorm van de gladheid. Zo kan er gebruik worden gemaakt van zout, pekel, zand en bij winterse neerslag ook borstels en vegers of schuivers.

In de meest voorkomende soort van gladheid, het bevriezen, opvriezen of aanvriezen, is het werken met zout of een zoutmengsel het effectiefste. Hiermee wordt het effectieve vriespunt van het wegdek omlaag gebracht, waardoor natte weggedeelten minder snel bevriezen en de kans op gladheid kleiner wordt. Doorgaans wordt gestrooid met zogenaamd nat zout, dit is zout vermengd met water (pekel). Hierdoor blijft het beter liggen en 'kleeft' het enigszins aan het wegdek. Het zout verdeelt zich ook gelijkmatiger over het oppervlak en daardoor is minder zout nodig. Er kan ook droog gestrooid worden, puur met zout, maar dit gebeurt vaak alleen nog maar door gemeenten met wat ouder strooimaterieel. Het is ook milieuonvriendelijker.

Bij sneeuw, zeker als er een sneeuwdek ligt, wordt er vaak eerst geveegd of geschoven en vervolgens wordt op het schone wegdek opnieuw gestrooid om te voorkomen dat sneeuwresten die van auto's afvallen of door nieuwe sneeuwval, snel weer gladheid ontstaat. Dit is eigenlijk preventief strooien na het ruimen. Bij ijzel werkt schuiven alleen bij een afdoende dikke ijzellaag, die wordt dan letterlijk van het wegdek afgeschraapt, anders werkt vegen met scherpe borstels nog wel om het in stukken te breken. Het effectiefste, zeker bij een vrij dun laagje ijzel, is echter om te strooien nádat er ijzel is gevallen, zodat door het inrijden van de auto's de kern van de ijzellaag zijn structuur verliest en zodoende kapot gereden kan worden door de banden. Strooien vooraf bij verwachte ijzelval brengt het gevaar met zich mee dat vallende ijzel zich massaal hecht aan de zoutkernen en zout trekt ook nog eens vocht aan, waardoor de ijzellaag dikker wordt dan je zou verwachten puur op basis van atmosferische omstandigheden.

Gr. Ben

Over het ontstaan van gladheid   ( 785)
Ben Lankamp (Lelystad) ( 13m) -- 03-01-2008 15:26
Re : Over het ontstaan van gladheid   ( 230)
Alwin (Zeist-West) -- 06-01-2008 15:34