Lurzoruaren egitura
Lurzoruaren egituraz lur-masan fase solidoaren antolamendua ulertzen da. Jakina denez, lurra partikula solidoz eta ur, aire edo ur-lurrunez betetako poroz osatuta dago, gehienetan partzialki airez eta partzialki urez. Lurreko partikula solidoen antolaketaren arabera zehazten da haren egitura. Lur soltearen eta lotuaren egiturak nabarmen bereizten dira elkarrengandik.
Lur soltearen egitura
Lurzoru ez-loturatuaren egitura grabitatearen eraginez sortzen da. Lur horretako partikula solidoak lodiagoak dira eta beherantz erortzen dira, grabitatearen eraginez metatzen dira; partikula horien arteko indar intermolekular erakargarriak, berriz, ez daude edo hutsalak dira, eta grabitateak gainditzen ditu. Horregatik, lur ez-loturatuan partikula solidoak bata bestearen ondoan antolatzen dira, partikulen artean dagoen espazio askea betez (ir. 1_a_). Lur ez-loturatuaren partikulak gutxi gorabehera biribilak eta tamaina berekoak badira, hala nola osaera uniformeko hondarraren kasuan gerta daitekeen bezala, egitura trinkotsuena izan daiteke (ir. 1_b_) edo arraroena (ir. 1_c_), lurzoruko partikula solidoen antolamenduaren arabera. Egitura trinkotsuena lur ez-loturatuaren trinkotze-ahalmen handienari dagokio eta haren porositatea nmin=26% da. Egitura arraroenak lur ez-loturatuaren trinkotze txikienari dagokio eta haren porositatea nmax=48% da. Horrela, adibidez, dunetako hondar askatuak n=47% du.
Ir. 1 Lotu gabeko lurzoruaren egitura
Lurzoru solteak ale-tamainaz desberdinak badira, ale txikiagoko partikulak handiagoen arteko hutsuneak betetzen badituzte ere (ikus 2), lurzoruaren porositatea askoz txikiagoa da (n=20% eta gutxiago).
Sl. 2. Ale-tamainaren arabera ezberdina den lur ez-loturaren egitura
Lotutako lurzoruaren egitura
Loturiko lurzoruan egitura ezberdina da lotugabekoan baino. Loturiko lurzoruan kohesio-indarrak agertzen dira, partikula txikien grabitate-indarra baino sendoagoak direnak eta ukipen-azaletan itsasten dituztenak. Horregatik, partikula horiek ez dira beherantz bata bestearen atzetik erortzen, baizik eta bata bestearen gainean eta ondoan itsatsita geratzen dira (ikus 3_a_), horrela kate-itxurako sare-egitura sortuz (ikus 3_b_), malutatua (ikus 3_c_) eta abar, goi-mailako egiturak deitzen direnak. Halako egiturek porositate handia dute, eta % 60-80% arte irits daiteke masa osoaren arabera, eta hori ezinezkoa da lotugabeko lurzoruan.
Ir. 3. Lur lotuaren egitura
Porositatea eta porositate-koefizientea
Lurzoruaren porositatea poro-bolumenaren eta lurzoruaren bolumen osoaren arteko erlazio gisa definitzen da (ikus 4).
Ir. 4. Lurzoruaren porositatea eta porositate-koefizientea
Honela adierazten badugu
- Vp = lurzoruko poro-bolumena
- Vm = partikula solidoen bolumena
- V = lurzoruaren bolumen osoa,
lurzoruaren porositatea n definizioz da
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
hau da, lurzoruaren guztizko bolumenaren %-tan
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Lurzoruaren porositate-koefizientea poroen bolumenaren eta partikula solidoen bolumenaren arteko erlazio gisa definitzen da:
e = VP / Vm.
Porositatearen n formularen arabera, honakoa dugu:
nVP + nVm = VP, hortik Vm = VP(1-n) / n.
Balio hori e-ren formulazioan ordezkatuz, lortzen dugu
e = n / (1-n).
Ekuazio honetatik lortzen dugu
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Porositate-koefizienteak lurzoruaren dentsitatea adierazten du. e koefizientea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta txikiagoa da lurzoruaren dentsitatea, eta alderantziz. Karga baten pean lurzoru konprimagarri bat hondoratzen bada, porositate-koefizientearen bidez, hondoratu aurretik eta ondoren, hondoratzearen tamaina Δ_h_ zehaztu daiteke.
Har dezagun h lodierako lur konprimigarri geruza bat (ikus. 5_a_). Geruza hori kargatzen badugu, Δ_h altueran hondoratuko da, eta, horren ondorioz, kargaren eraginez haren lodiera h1 -era murriztuko da. Hortaz
Δ_h_ = h – h1.
Lurzoru konprimagarriaren asentamendua poroen kontura gertatzen denez, partikula solidoak ia konprimiezinak direlako, eta ura ere bai, lurzoruaren poroak harekin partzialki edo erabat beteta badaude, asentamendu hori eskematikoki irudika daiteke 5_b_ irudian.
Irud. 5. _Lur-geruza konprimagarri baten, h lodierakoa, kargapean gertatzen den Δh asentamendua
h0 bidez pororik gabeko partikula solidoen geruzaren irudizko altuera adierazten badugu, altuera murriztua deitua, orduan Δ_h hondoratzea h0 altuera murriztuarekiko honako erlazioaren bidez adieraz dezakegu:
Lurzoru-geruza bat zabalera eta luzera unitatearen berdinak dituela hartzen badugu, orduan h, h1 eta h0 alturek bolumenak adierazten dituzte, eta beraz
non e da lehenengo porositate-koefizientea, e1 eserialdiaren ondokoa. Aurrekoetatik eserialdia lortzen da
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Asentamendua asentamenduaren aurreko geruzaren h altuerarekiko adieraz daiteke, h0 altuera murriztuaren balioa ordezkatzen badugu:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
izan ere n = VP / V = VP / h_, horregatik VP = nh.
Hortik lortzen da
Lur mota bakoitzak porositate n eta porositate-koefiziente e balio ertain hauek ditu:
Lurzoruaren hezetasuna
Lurreko ur-motak
Lurreko ura solidotu gabeko partikulen arteko poroetan agertzen da, deituriko poro-ura gisa, gero xurgatutako ura gisa partikula solidoetan, eta konstituzio-ura gisa.
Poro-ura ura askeak osatzen du solidoen partikulen artean; haren mugimendua Darcy-ren legearen arabera egiten da. Ondoren, grabitate-ura dago, grabitatearen eraginez goitik behera norabide guztietan mugitzen dena, baina haren mugimendua ez da Darcy-ren legearen arabera gertatzen; ura kapilarra, kapilar-indarren eraginez mugitzen dena; eta gainazal-tentsioko ura, lurzoruaren partikula solidoen arteko ertzetan gainazal-tentsioak eusten diona, eta ertz-poro-ura ere deitzen zaiona. Ur hori guztia guztiz kendu daiteke lurra 110oC-ko tenperaturan lehortuz.
Xurgatutako ura partikula solidoak inguratzen dituena da, eta hari indar molekularren bidez lotuta dago. Hau da ur-filma deiturikoa, eta haren lodiera 6-80 µµ artean aldatzen da (1µµ=10-6 mm, milimikroia). Xurgatutako uraren eragina partikulak handiagoak direnean hutsaren hurrengoa da; hala ere, partikulak finagoak izan ahala, haren eragina handiagoa da, partikulen azalera orokorra handitzen delako eta, horrekin batera, xurgatutako uraren eta lur bolumen-unitateko partikula solidoen arteko erlazioa ere bai. Ur hori 110oC-tan lehortuz soilik ken daiteke partzialki.
Konstituzio-ura lur-partikula solidoen mineralen kristaletan kimikoki elkartuta dago. Ur hori oso gutxi dago, eta ezin da lurra lehortuz kendu. Beraz, ur hori partikula solidoaren osagai gisa har daiteke.
Lurzoruko ur-kantitatea
Definizioz, lurzoruko ur-kantitatea edo lurzoruaren hezetasuna lurzoruan dagoen uraren pisuaren eta haren osagai solidoen pisuaren arteko erlazioa da. Lurzoruko ur-edukiaren arabera, hiru kasu bereizten dira: ura guztiz aseturiko lurzorua, ura partzialki aseturiko lurzorua eta guztiz lehorra dagoen lurzorua.
Urez guztiz aseta dagoen lurzorua
n lurzoruaren porositatea, γs partikula guztien bolumen-pisua eta γw uraren bolumen-pisua adieraziz gero, lurzoru asearen wZ hezetasuna honako ekuazio honen bidez adieraz daiteke
Lurzorua urarekin partzialki asetua
Ww lurzoruan dagoen uraren pisua dela adierazten badugu, eta Wd partikula solidoen pisua, hau da, lurzoruaren pisu lehorra, orduan lurzoruaren hezetasuna w
w = Ww / Wd , hau da, lurzoruaren pisu lehorreko portzentajeetan: w = 100 Ww / Wd.
Kasu honetan, lurzoruaren hezetasuna hezetasun-maila Sr bidez adieraz daiteke; horrek lurzoruko uraren benetako pisuaren eta lurzoru berean ur guztiak beteko balira izango lukeen uraren pisuaren arteko erlazioa adierazten du, hau da, ur aseturiko lurzoruaren pisuaren aurrean:
hau da, _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Hezetasun-mailarako muga-balioak hauek dira:
- erabat lehorreko lurzorurako w = 0; Sr = 0
- erabat asetasuneko lurzorurako w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Ir. 6. Ura partzialki aseturiko lurzoru-lagina
Asetasun-maila (batzuetan asetasuna edo hezetasun-maila ere deitua) uraz betetako poroen bolumenaren eta poroen bolumen osoaren arteko erlazioaren bidez ere adierazten da (irud. 6):
Sr = V2 / V1
non V2 uraz betetako poroen bolumena den, V1 ur, aire eta gasez betetako poroen guztizko bolumena. w lurzoruaren hezetasuna bada, lurzoru lehorreko Wd pisuaren %tan, orduan dugu
V2 * γW = w Wd, hortik V2 = w Wd / γw.
Bestalde, badugu V1 = V – Vd, eta Vd * γs = Wd denez, orduan
Vd = Wd / γs eta V1 = V – Wd / γs.
Beraz, lurzoruaren asetasun-maila Sr izango da
edo, lurzoruaren pisu lehorreko ehunekotan
Lurzorua guztiz lehorra
Kasu honetan, w = 0. Poroetako ur guztia kendu da, eta adsorbatutako ura partzialki soilik kendu da, hau da, ur-filma oraindik badago, baina haren lodiera txikiagoa da.