مراحل المواد في التربة والتركيب الحبيبي

اليوم، تركز Savo Kusic على النوافذ الخشبية، نوافذ الخشب والألمنيوم، النوافذ المخصصة، الأبواب وطلبات عرض الأسعار. يظل هذا النص بمثابة أرشيف تقني وليس عرضًا للتصميم الجيوتقني أو الاختبارات المعملية أو الأعمال الأرضية.

مراحل المواد في التربة

تتكون التربة من ثلاث مراحل: الصلبة والسائلة والغازية. يتم تمثيل الطور الصلب بالجزيئات الصلبة والماء السائل والطور الغازي بالهواء المغلق أو بخار الماء في مسام التربة.
يمكن أن تتكون أنواع معينة من التربة من مرحلة واحدة أو مرحلتين أو ثلاث مراحل، مما يعني أن تكوين التربة يمكن أن يكون نظامًا أحادي الطور أو مرحلتين أو ثلاث مراحل. تعتمد الخصائص الفيزيائية للتربة على المراحل الفردية.
تتكون التربة غير المتماسكة، مثل الرمل أو الحصى الجاف تمامًا، من مرحلة واحدة فقط - الجزيئات الصلبة. فالهواء الموجود في مسام تلك التربة ليس مغلقا ولا يعيق حركة الجزيئات الصلبة، لذلك لا يمكن اعتباره طورا.
التربة المتماسكة الرطبة فوق مستوى المياه الجوفية، والتي تتكون من جزيئات صلبة ومسام مغلقة، مملوءة جزئيا بالماء وجزئيا بالهواء أو بخار الماء، هي تربة النظام ثلاثي الطور. وفي حالة المواد الصلبة المتحركة، فإن الماء والهواء في مسام التربة متعارضان في نفس الوقت.
التربة الواقعة تحت مستوى المياه الجوفية، والتي تمتلئ مسامها بالكامل بالماء، بحيث لا يوجد فيها هواء أو بخار ماء، هي نظام ذو مرحلتين. ويفترض أن تكون التربة في الطبقات العميقة نظاماً ثنائي الطور، لأن الهواء المغلق في مسام التربة في الأعماق الأكبر ليس له تأثير كبير على خواصها الفيزيائية، والتي تتحدد في هذه الحالة بخصائص الطور الصلب والسائل.

التركيب الحبيبي

المكونات الصلبة للتربة هي مواد معدنية أو عضوية ذات أحجام مختلفة، تتراوح من الحصى والكتل الكبيرة، حجمها مئات وآلاف المليمترات إلى حجم الجزيء الواحد. كما تعلمون، الجزيء هو جزء من المليون من المليمتر، واحد مليمتر. ويعتبر أصغر حجم للمواد الصلبة في التربة 20 mأو ميكرون.
حجم جزيئات التربة الصلبة له تأثير كبير جداً على خواصها الفيزيائية. يتم التعبير عن هذه الخشونة من خلال التركيب الحبيبي، الذي يمثل نسبة أحجام الحبوب الفردية حسب وزنها إلى الوزن الإجمالي للتربة. يختلف تقسيم التربة وفقًا لتركيبتها الحبيبية في بلدان مختلفة. تقسيمنا هو كما يلي:

حدود حجم الجسيمات

الحجم 2 mm – الحدود بين تكوين التربة الخشنة والحبيبات الدقيقة. تظهر الجزيئات الصلبة حتى 2mm الارتفاع الشعري للماء في التربة. التربة ذات الحبيبات الخشنة ليس لها شعرية.
الحجم 0,2 mm – الحدود بين الرمال الخشنة (الحادة) والحبيبات الدقيقة (الناعمة).
الحجم 0,02 mm - الحد الذي يمكن من خلاله التعرف على الحبوب الفردية في التربة بالعين المجردة.
الحجم 0,002 mm – الحد الفاصل بين التربة الرخوة والطين الحجم 0,0002 mm – الحدود بين الطين والطين الغروي.
المكونات الصلبة الموجودة أسفل 0,002 mm لها تأثير كبير على الخواص الفيزيائية للتربة. هذه المكونات تعطي التربة تماسكاً، وإذا كانت أصغر حجماً وأكثر وفرة في التربة، فإن تماسك التربة يكون أكثر وضوحاً. ومع ذلك، يعتمد تماسك التربة أيضًا على التركيب المعدني للجزيئات الصلبة الأصغر من 0,002 mm. وإذا تكونت هذه الجزيئات نتيجة تحلل معادن شديدة الصلابة مثل الكوارتز، فإن تماسكها يكون منخفضًا جدًا أو منعدمًا، كما أن امتصاصها للماء يكون منخفضًا نسبيًا أيضًا. إذا كانت الجسيمات الموجودة أسفل 0,002 mm قد تكونت نتيجة تحلل المواد الطينية، فإن لها خصائص ربط تكون أقوى إذا كانت الجزيئات أصغر، في حين أن امتصاص الماء لهذه الجزيئات يكون مرتفعًا جدًا.
يوفر التركيب الحبيبي للتربة بيانات مهمة وموثوقة عن بعض خصائصها الفيزيائية. إذا سادت جزيئات الطين الموجودة تحت 0,002 mm في التربة، فيمكن بالفعل استنتاج أن هذه التربة بلاستيكية ومتماسكة واسترطابية وذات شعرية عالية ونفاذية منخفضة ولها زاوية احتكاك داخلي منخفضة.
يتم تمثيل التركيب الحبيبي للتربة بخطوط التركيب الحبيبي (شكل 1).

الشكل. 1 - خطوط تكوين التربة الحبيبية: 1-الرمل الحصوي؛ 2-الرمال المغبرة؛ 3- غبار رملي؛ 4- تربة طينية؛ 5-طين

يُظهر الخط الإحداثي للتركيبة الحبيبية نسبة وزن الجزيئات الصلبة الأصغر من القطر الذي يمثله الإحداثي المحوري للنقطة المحددة. على سبيل المثال، عند النقطة A من الخط 4 يُظهر الإحداثي أن هناك جزيئات 92% أصغر من 2 mm، وأن 8% المتبقية أكبر من 2 mm.

تصنيف التربة حسب التركيب الحبيبي

تصنف التربة التي تحتوي على جزيئات صلبة أكبر من 2 mm حسب التقسيم العام للتربة حسب التركيب الحبيبي، كما هو موضح في الشكل. 1. عند القيام بذلك، يتم اعتماد الجزء الأكثر تمثيلاً في التربة باعتباره الجزء الأساسي، في حين أن الأجزاء الأخرى تكون إضافية. على سبيل المثال، إذا كان التحبيب العام للتربة في الغالب عبارة عن رمل مع كمية أقل من الحصى، فإن هذه التربة تصنف على أنها رمل حصى، في حين أن العكس هو الحصى الرملي. في التصنيف، يمكن أيضا الإشارة إلى حصص الكسور الفردية في التربة. على سبيل المثال، إذا كانت التربة تحتوي على 15% طين، 45% غبار، 30% رمل و10% حصى، فيمكن تصنيفها على أنها تربة طينية تحتوي على 15% طين و10% حصى.
ومع ذلك، بالنسبة للتربة ذات الحبيبات الدقيقة التي تحتوي على جزيئات صلبة أصغر من 2 mm، يتم التصنيف بناءً على تركيبتها الحبيبية عادةً وفقًا لمخطط مثلثي. هناك العديد من هذه المخططات، والتي سنقوم بإدراج أبسطها من مكتب التربة الأمريكي، الشكل. 2.

الشكل. 2 - الرسم الثلاثي للمكتب الأمريكي للتربة

يتكون المخطط من ثلاثة محاور إحداثية مطوية في مثلث متساوي الأضلاع، حيث يمثل كل محور جزءًا واحدًا وهو الرمل والغبار والطين بنسبة٪ من وزن كتلة التربة بأكملها. ينقسم سطح المخطط إلى مناطق 10، تمثل كل منها نوعًا منفصلاً من التربة. يمثل كل جانب من المثلث الإحداثي الإحداثي الذي يتم من خلاله رفع الإحداثيات الموازية للإحداثيين الآخرين.
كل نقطة في هذا المخطط لها إحداثيات 3 تمثل النسب المئوية لكسر 3 المحدد في تربة معينة وتحدد نوع التربة. لذا، على سبيل المثال، النقطة M على الرسم البياني تمثل الطين. يتم الحصول عليه بالطريقة التي من الرسم التخطيطي للتركيب الحبيبي الشكل. 1 تحدد الكسور الفردية، والتي ستكون في هذه الحالة (السطر 4 في الشكل 1): 35% الطين، 25% الغبار، 40% الرمال، بينما يتم إهمال كمية الحصى 8% لأنها تصل إلى أقل من 10%.
يشير هذا التصنيف إلى جزيئات الرمل والغبار والحصى حسب القسم الأمريكي، لكنه لا يزال معتمدا على هذا النحو لما له من قيم مقارنة وخبرة مع مثل هذا التصنيف.

درجة عدم استواء التربة

حسب ألين هازن، فإن درجة تفاوت التربة هي النسبة (شكل 3)

U=d60/d10

حيث d60 هو قطر الحبوب المطابق للإحداثي 60%، و_d10_ هو قطر الحبوب المطابق للإحداثي 10%.
For U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
for U = 5 – 15 التربة ذات تركيبة غير متساوية إلى حد ما، for U > 15 التربة ذات تركيبة غير متساوية.
عندما يكون خط التركيب الحبيبي شديد الانحدار، تكون قيمة درجة التفاوت U صغيرة، بينما تكون قيمة درجة التفاوت للخط المسطح كبيرة. أصغر قيمة لـ U هي 1. إذا كان خط التركيب الحبيبي أكثر استواءً، فإن قيمة U تكون أعلى. بالنسبة للرمل فهو في أغلب الأحيان U=1-15، بالنسبة للتربة الطينية U=10-90، ولكن بالنسبة للتربة ذات التركيبة غير المتساوية للغاية U يمكن أن تحتوي على قيم عالية جدًا.

الشكل. 3 - تحديد قطر الحبوب d60 وd10

قاعدة التصفية

تعتمد هذه القاعدة على التركيب الحبيبي للمرشح، وتتمثل مهمته في تقليل التدرج الهيدروليكي عند التلامس بين التربة وطبقة الصرف الحجرية بواسطة حجم الحبوب الانتقالية، وذلك لمنع غسل جزيئات التربة الصغيرة بالمياه الجوفية. الشروط الأساسية التي يجب أن تتوفر في طبقة الفلتر هي أن تكون نفاذية للماء ومستقرة.
هناك عدة قواعد لتركيب الفلتر، من بينها فقط قاعدة Terzaghi التي سيتم إدراجها هنا باعتبارها الأكثر شهرة.

قاعدة ترزاغي

Terzaghi على ما يلي: يجب أن يكون تحبيب الفلتر بحيث تكون حبيباته بكمية 15% أجزاء من وزن كتلة الفلتر بأكملها (F15) أكبر بمقدار 4 مرة على الأقل من أكبر جزيئات التربة التي يرتكز عليها الفلتر (القواعد) بالكمية. من 15% أجزاء بالوزن أجزاء من القاعدة (B15) دون أن تكون أكبر من 4 مرات B85، أي أحجام أصغر الجزيئات عند 85% أجزاء حسب وزن القاعدة. يمكن التعبير عن هذه القاعدة بالعلاقات: F15/B15 > 4 و F15/B85_ < 4.
النسبة الأولى تضمن نفاذية الماء للفلتر والثانية تضمن ثباته.

الشكل. 4 - قاعدة مرشح الترزاغية

يتم عرض أصغر وأكبر جزيئات القاعدة في الشكل. 4 الخطوط الحدودية 1 و 2. خطوط الحد للمرشح هي 3 و4. الشرط F15 > 4_B15_ يتم تمثيله بالنقطة a على خط الحدود 3، الشرط F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
يوصى بأن يكون خط التركيب الحبيبي للمرشح موازيًا تقريبًا لخط التركيب الحبيبي للقاعدة.
بدلاً من خطين متطرفين من التركيب الحبيبي للقاعدة كما في الشكل. 4، يمكن أن يكون سطرًا واحدًا من متوسط ​​التحبيب. في هذه الحالة، تكون النقطتان B15 و_B85_ على نفس الخط (كما في الشكل 5).
في أغلب الأحيان، يكون الاختلاف في التحبيب بين القاعدة وطبقة الصرف هو أن منطقة مرشح واحدة لا تكفي للانتقال بين القاعدة والطبقة. وفي هذه الحالة يتكون المرشح من عدة مناطق ترشيح، يتم تحديدها وفق نفس القاعدة، حتى الوصول إلى أكبر حجم حبيبي لرواسب الصرف.

الشكل. 5 - مثال لحساب طبقات الترشيح

يتم نقل الأقسام المدرجة والأحجام والقواعد المدرجة من مصدر تاريخي وليست بديلاً عن التصنيف الجيوتقني الحالي أو تقرير المختبر أو تصميم المرشح أو خطة الأداء. يتطلب نظام التربة والصرف الفعلي أخذ عينات تمثيلية، واختبار مناسب، وفحص المياه الجوفية والسطحية، والتآكل والاستقرار الداخلي، بالإضافة إلى تقييم من قبل خبير معتمد وفقًا للوائح والشروط الحالية للمشروع المحدد.