Struktuer fan de boaiem
Mei de struktuer fan de grûn wurdt de ording fan de fêste faze yn de ierdemassa bedoeld. Lykas bekend bestiet grûn út fêste dieltsjes en poaren fol mei wetter, lucht of wetterdamp, meastentiids foar in part lucht en foar in part wetter. Neffens de ferdieling fan de fêste dieltsjes yn de grûn wurdt de struktuer dêrfan bepaald. De struktueren fan losse en gearhingjende grûn ferskille ûnderling yn essinsje.
Struktuer fan losse grûn
De struktuer fan ûnbûn boaiem ûntstiet ûnder ynfloed fan de swiertekrêft. De fêste dieltsjes fan dizze boaiem binne grutter en falle nei ûnderen, se sette har ôf ûnder ynfloed fan de swiertekrêft, wylst intermolekulêre oanlûkingskrêften fan sokke dieltsjes ûntbrekke of ûnbetsjutend binne en troch de swiertekrêft oerwûn wurde. Dêrom lizze by ûnbûn boaiem de fêste dieltsjes njonken inoar en nimme se de frije romte tusken de gearleine dieltsjes yn (afb. 1_a_). As de dieltsjes fan ûnbûn boaiem frijwol rûn binne en deselde grutte hawwe, sa’t it gefal wêze kin by sân fan lykmjittige gearstalling, dan kin de struktuer tichtst wêze (afb. 1_b_) of meast iepen (afb. 1_c_), ôfhinklik fan de opstelling fan de fêste dieltsjes yn de boaiem. De tichtste struktuer komt oerien mei de grutste mooglike ferpakking fan ûnbûn boaiem en de porositeit dêrfan is nmin=26%. De meast iepen struktuer komt oerien mei de lytst mooglike ferpakking fan ûnbûn boaiem en de porositeit dêrfan is nmax=48%. Sa hat bygelyks los sân fan dunen n=47%.
Ofb. 1 Struktuer fan ûnbeheinde grûn
As de ûnbûne grûn in ferskillende korrelgrutte hat, sadat de lytsere dieltsjes de holten tusken de gruttere folje (fig. 2), is de porositeit fan de grûn oanmerklik lytser (n=20% en minder).
Afb. 2. Struktuer fan ûnbûn boaiem fan ferskillende korrelgrutte
Struktuer fan bûn grûn
By kohesive boaiem is de struktuer oars as by net-bûne boaiem. By kohesive boaiem komme kohesjekrêften foar, dy’t sterker binne as de swiertekrêft fan lytse dieltsjes en dy oan de kontaktflakken oaninoar kleve. Dêrom falle dizze dieltsjes net rige foar rige nei ûnderen, mar bliuwe se oan inoar en neist inoar fêstkleve (ôfb. 3_a_), en foarmje sa in keatling-eftige netstruktuer (ôfb. 3_b_), in flokkeftige (ôfb. 3_c_) ensfh., dy’t strukturen fan hegere oarder neamd wurde. Sokke struktueren hawwe in grutte porositeit, dy’t oant 60-80% fan de totale massa gean kin, wat by net-bûne boaiem net kin.
Afb. 3. Struktuer fan bûnne grûn
Porositeit en porositeitskoëffisjint
Porositeit fan de grûn wurdt definiearre as de ferhâlding fan it poarfolume ta it totale folume fan de grûn (fig. 4).
Ofb. 4. Porositeit en de porositeitskoëffisjint fan de grûn
As wy oantsjutte mei
- Vp = it porefolume yn ’e boaiem
- Vm = folume fan fêste dieltsjes
- V = it totale folume fan de grûn,
de porositeit fan de grûn n is by definysje
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
oftewol yn % fan it totale folume fan de boaiem
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
De porositeitskoëffisjint fan de grûn wurdt definiearre as de ferhâlding fan it folume fan de poaren ta it folume fan de fêste dieltsjes:
e = VP / Vm.
Ut de formule foar de porositeit n hawwe wy:
nVP + nVm = VP, dêrút folget Vm = VP(1-n) / n.
Troch dizze wearde yn de formule foar e te ferfangen krije wy
e = n / (1-n).
Ut dizze ferliking krije wy
e - ne = n; n = e / (1 + e).
De porositeitskoëffisjint jout de tichtens fan de grûn oan. Hoe grutter de koëffisjint e, hoe lytser de tichtens fan de grûn en oarsom. As in komprimearbere grûn ûnder belesting sakket, kin mei de porositeitskoëffisjint foar en nei it sakjen de grutte fan it sakjen Δ_h_ bepaald wurde.
Litte wy in laach geardrukbere boaiem mei dikte h beskôgje (ôfb. 5_a_). As wy dizze laach belêste, sil er sakje mei in hichte Δ_h_, sadat syn dikte troch de belêsting ôfnaam wurdt oant h1. Dêrom
Δ_h_ = h – h1.
Om’t de setking fan komprimearbere grûn plakfynt ten koste fan de poaren, om’t de fêste dieltsjes praktysk net komprimearber binne, en ek it wetter, as de poaren fan de grûn der alhiel of foar in part mei fol binne, kin dizze setking skematysk foarsteld wurde op fig. 5_b_.
Ofb. 5. Ynsakking Δh fan in komprimearbere boaiemlaach mei dikte h ûnder belêsting
As wy mei h0 de tinkbyldige hichte fan in laach fêste dieltsjes sûnder poaren oantsjutte, de saneamde redusearre hichte, dan kinne wy de sakking Δ_h_ yn relaasje ta de redusearre hichte h0 útdrukke mei de ferhâlding:
As wy in laach grûn beskôgje mei breedte en lingte gelyk oan ienheid, dan fertsjintwurdigje de hichten h, h1 en h0 folumina, en dus is
wêr’t e de porositeitskoëffisjint foar de ynsakking is, e1 nei de ynsakking. Ut it foargeande wurdt de ynsakking krigen
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Saking kin útdrukt wurde yn relaasje ta de hichte fan de laach h foar de saking as wy de wearde fan de redusearre hichte h0 ferfange:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
om’t n = VP / V = VP / h_,_ dêr’t VP = nh.
Sa wurdt krigen
Bepaalde soarten boaiem hawwe de folgjende gemiddelde wearden fan porositeit n en de porositeitskoëffisjint e:
Boaiemfochtigens
Soarten wetter yn de grûn
Wetter yn de boaiem komt foar yn ’e foarm fan wetter yn de poaren tusken de fêste dieltsjes, de saneamde poarwetter, fierder as adsorbeard wetter op de fêste dieltsjes en as konstitúsjoneel wetter.
Porewetter bestiet út frij wetter tusken fêste dieltsjes, waans beweging plakfynt neffens de wet fan Darcy, dêrnei út swiertekrêftwetter, dat ûnder ynfloed fan de swiertekrêft fan boppen nei ûnderen yn alle rjochtingen beweecht, mar syn beweging fynt net plak neffens de wet fan Darcy, kapillêr wetter dat beweecht ûnder ynfloed fan kapillêre krêften en wetter fan oerflak spanning, dat troch oerflaksspanning fêsthâlden wurdt yn de hoeken tusken de fêste dieltsjes fan de boaiem en ek hoekich porewetter neamd wurdt. Al dit wetter kin folslein fuorthelle wurde troch de boaiem te droegjen by in temperatuer fan 110oC.
Adsorbeard wetter is wetter dat de fêste dieltsjes omjout, dêr’t it mei molekulêre krêften oan bûn is. Dat is de saneamde wetterfilm, waans dikte 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). De ynfloed fan adsorbeard wetter by gruttere dieltsjes is lyts; lykwols, hoe finer de dieltsjes, hoe grutter de ynfloed, om’t it totale oerflak fan de dieltsjes tanimt en dêrmei ek de ferhâlding fan adsorbeard wetter ta de fêste dieltsjes yn ienheid fan boaiemfolume. Dit wetter kin allinnich foar in part fuorthelle wurde troch te droegjen by 110oC.
Konstitúsjoneel wetter is gemysk bûn yn de kristallen fan mineralen fan fêste dieltsjes fan de boaiem. Der sit tige bytsje fan dit wetter en it kin net fuorthelle wurde troch de boaiem te droegjen. Dêrom kin dit wetter beskôge wurde as in ûnderdiel fan it fêste dieltsje.
Wetterynhâld fan de boaiem
Neffens de definysje is de wetterhoemannichte yn de grûn of de fochtigens fan de grûn de ferhâlding fan it gewicht fan it wetter dat yn de grûn sit ta it gewicht fan har fêste ûnderdielen. Neffens de wetterhoemannichte yn de grûn ûnderskiede wy trije gefallen: grûn folslein ferseâde mei wetter, grûn diels ferseâde mei wetter en folslein droege grûn.
Boaiem folslein mei wetter fersêde
As wy n oantsjutte as de porositeit fan de grûn, γs as it folumgewicht fan alle dieltsjes, γw as it folumgewicht fan wetter, dan kin de fochtigens fan sêde grûn wZ mei de folgjende fergeliking útdrukt wurde
Grûn foar in part verzadigd mei wetter
As wy Ww oantsjutte as it gewicht fan it wetter dat yn de grûn befette is, en Wd as it gewicht fan de fêste dieltsjes, dus it droege gewicht fan de grûn, dan is it fochtgehalte fan de grûn w
w = Ww / Wd , dus yn persintaazje fan it droege gewicht fan de grûn: w = 100 Ww / Wd.
Yn dit gefal kin de fochtigens fan de grûn útdrukt wurde mei de fochtigensgraad Sr, dy’t de ferhâlding foarstelt fan it werklike gewicht fan it wetter yn de grûn ta it gewicht fan it wetter yn deselde grûn dat der wêze soe as alle poaren mei wetter folle wiene, resp. ta it gewicht fan it wetter fan ferseâde grûn:
d.w.s. foar _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
De grinswearden foar de fochtigensgraad binne:
- foar folslein droege grûn w = 0; Sr = 0
- foar folslein verzadige boaiem w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Sl. 6. Monster fan grûn diels ferzadige mei wetter
De ferzadigingsgraad (dy’t soms ek ferzadiging of fochtgraad neamd wurdt) wurdt ek útdrukt as de ferhâlding fan it folume fan mei wetter folle poaren ta it totale poarfolume (ôfb. 6):
Sr = V2 / V1
wêr’t V2 it folume fan de mei wetter folle poaren is, V1 it totale folume fan de mei wetter, loft en gassen folle poaren. As w de fochtigens fan de grûn is yn % fan it droege gewicht fan de grûn Wd, dan hawwe wy
V2 * γW = w Wd, wêrút folget dat V2 = w Wd / γw.
Oan ’e oare kant hawwe wy dat V1 = V – Vd, en om’t Vd * γs = Wd, is it
Vd = Wd / γs en V1 = V – Wd / γs.
Dêrom sil de ferzadigingsgraad fan de grûn Sr wêze
oftewol yn persintaazjes fan it droege gewicht fan de boaiem
De grûn folslein drûch
Yn dit gefal is w = 0. Al it poriewetter is fuorthelle, wylst it adsorbearre wetter mar foar in part fuorthelle is, dat wol sizze: de wetterfilm bestiet noch altyd, mar har dikte is fermindere.