Fasar efnis í jarðvegi og kyrningasamsetningu

Í dag einbeitir Savo Kusić sér að viðargluggum, viðar-ál gluggar, sérsniðnir gluggar, hurð og tilboðsbeiðnir. Þessi texti er áfram sem tækniskjalasafn og er ekki tilboð um jarðtæknilega hönnun, tilraunastofupróf eða jarðvinnu.

Fasar efna í jarðvegi

Jarðvegur samanstendur af þremur fasum: föstu, fljótandi og gasi. Fasti fasinn er táknaður með föstu ögnum, fljótandi vatni og gasfasinn með lokuðu lofti eða vatnsgufu í svitahola jarðvegsins. Ákveðnar jarðvegsgerðir geta verið eins, tveir eða þrír fasar, sem þýðir að jarðvegurinn getur verið einfasa, tveggja fasa eða þrífasa kerfi. Eðliseiginleikar jarðvegsins eru háðir einstökum áföngum. Ósamhangandi jarðvegur, eins og alveg þurr sandur eða möl, samanstendur af aðeins einum fasa - fastum ögnum. Loftið sem er í svitaholum þess jarðvegs er ekki lokað og er ekki á móti hreyfingu fastra agna, svo það getur ekki talist fasi. Rakur samhangandi jarðvegur ofan grunnvatnsborðs, sem samanstendur af föstu ögnum og lokuðum svitaholum, fyllt að hluta af vatni og að hluta með lofti eða vatnsgufu, er jarðvegur þriggja fasa kerfisins. Þegar um er að ræða hreyfanlegt efni er vatn og loft í svitaholum jarðvegsins á móti á sama tíma. Jarðvegurinn fyrir neðan grunnvatnsborðið, þar sem svitaholur eru fullkomlega fylltar af vatni, þannig að engin loft eða vatnsgufa er í þeim, er tveggja fasa kerfi. Gert er ráð fyrir að jarðvegurinn í dýpri lögum sé tveggja fasa kerfi, því lokað loft í svitaholum jarðvegsins á meira dýpi hefur ekki marktæk áhrif á eðliseiginleika hans, sem þá ráðast af eiginleikum fasta og fljótandi fasans.

Granulometric samsetning

Föst innihaldsefni jarðvegsins eru steinefni eða lífræn efni af mismunandi stærðum, allt frá stórum smásteinum og kubbum, á stærð við hundruð og þúsundir millimetra til á stærð við eina sameind. Eins og þú veist er sameind einn milljónasti úr millimetra, ein millimíkrón. Minnsta stærð jarðvegs á föstu formi er talin vera 20 meða míkron.
Stærð fastra jarðvegsagna hefur mjög mikil áhrif á eðliseiginleika þess. Þessi grófleiki er gefinn upp með kyrningasamsetningu, sem táknar hlutfall einstakra kornastærða miðað við þyngdarhluti þeirra og heildarþyngd jarðvegsins. Skipting jarðvegs eftir kyrningasamsetningu hans er mismunandi í mismunandi löndum. Skiptingin okkar er sem hér segir:

Kornastærðarmörk

Stærð2 mm- mörkin milli grófkorna og fínkorna jarðvegs. Fastar agnir allt að2mmsýna háræðshækkun vatns í jarðvegi. Grófkorna jarðvegurinn hefur engin háræð. Stærð0,2 mm– mörk á milli grófkorna (skarpa) og fínkorna (mjúks) sands. Stærð0,02 mm- mörk þar sem hægt er að þekkja einstök korn í jarðvegi með berum augum. Stærð0,002 mm– mörk milli lauss jarðvegs og leirs Stærð0,0002 mm– mörkin milli leirs og kvoðaleirs. Föst hráefni í stærð hér að neðan0,002 mmhafa mikil áhrif á eðliseiginleika jarðvegsins. Þessi innihaldsefni gefa jarðvegnum samheldni og ef þau eru minni og meira í jarðveginum er jarðvegssamstæðan meira áberandi. Samheldni jarðvegsins fer þó einnig eftir steinefnasamsetningu fastra agna sem eru minni en0,002 mm. Ef þessar agnir myndast við niðurbrot á mjög hörðum steinefnum eins og kvars, þá er samheldni þeirra mjög lítil eða engin og vatnsupptaka þeirra er einnig tiltölulega lítil. Ef agnirnar eru fyrir neðan0,002 mmmyndast við niðurbrot leirefna, þá hafa þau bindandi eiginleika sem eru þeim mun sterkari ef agnirnar eru minni á meðan vatnsupptaka slíkra agna er mjög mikil. Kornfræðileg samsetning jarðvegsins gefur mikilvægar og áreiðanlegar upplýsingar um suma eðliseiginleika hans. Ef jarðvegurinn einkennist af leirögnum af minni stærð0,002 mm, þá þegar byggt á því er hægt að draga þá ályktun að slíkur jarðvegur sé plast, samhangandi, rakadrægur, hafi mikla háræð, lítið gegndræpi og hafi lítið innra núningshorn. Kyrningasamsetning jarðvegsins er táknuð með línum kyrningasamsetningar (mynd.1).

Sl.1- Línur með kornfræðilegri jarðvegssamsetningu:1- malarkenndur sandur;2- rykugur sandur;3- sandryk;4- leir jarðvegur;5- leir

Yðarlínurnar á kyrningasamsetningarlínunum sýna þyngdarhlutfall fastra agna sem er minni en þvermálið sem er táknað með abscissa tiltekins punkts. Til dæmis í punkti A línunnar4ordinatan sýnir að það er til92%kornastærð minni en2 mm, og að þeir séu þeir sem eftir eru8%stærð yfir2 mm.

Jarðvegsflokkun eftir kyrningasamsetningu

Jarðvegur sem inniheldur fastar agnir stærri en 2 mm er flokkaður í samræmi við almenna skiptingu jarðvegs eftir kornfræðilegri samsetningu, sýnt á mynd. 1. Þar með er sá sem er mest fulltrúi í jarðvegi tekinn upp sem grunnbrot en hinir eru til viðbótar. Til dæmis, ef almenn kornun jarðvegsins er að mestu leyti sandur með minna magni af möl, þá er slíkur jarðvegur flokkaður sem malarsandur, en hið gagnstæða væri sandi möl. Í flokkuninni má einnig tilgreina hlutdeild einstakra brota í jarðvegi. Til dæmis, ef jarðvegur inniheldur 15% leir, 45% ryk, 30% sand og 10% möl, má flokka hann sem leirjarðveg með 15% leir og 10% möl.
Hins vegar, fyrir fínkorna jarðveg sem inniheldur fastar agnir sem eru minni en 2 mm, er flokkunin byggð á kyrningasamsetningu þeirra venjulega gerð samkvæmt þríhyrningsmynd. Það eru nokkrir slíkir skýringarmyndir, þar af munum við skrá helstu frá US Bureau of Soils, mynd. 2.

Mynd. 2 - US Bureau of Soil Þríhyrningsmynd

Skýringarmyndin samanstendur af þremur hnitaásum sem eru brotnir saman í jafnhliða þríhyrning, þar sem hver ás táknar eitt brot, nefnilega sand, ryk og leir í % miðað við þyngd af öllum jarðvegsmassanum. Yfirborð skýringarmyndarinnar er skipt í 10 svæði, sem hvert um sig táknar sérstaka tegund jarðvegs. Hvor hlið þríhyrningsins táknar absciss sem raðhnetur samsíða hinum tveimur abssissa eru hækkaðar upp úr.
Hver liður í þessari skýringarmynd hefur3hnit sem tákna prósenturnar sem skráðar eru3brot í tilteknum jarðvegi og ákvarða tegund jarðvegs. Svo, til dæmis, punktur M á skýringarmyndinni táknar leir. Hún er fengin á þann hátt að af skýringarmynd af kyrningasamsetningu mynd.1ákvarða einstakar fylkingar, sem í þessu tilfelli væru (lína4á mynd.1):35%leir,25%ryk,40%sandur, þar sem magn af8%möl vanrækt þar sem hún nemur minna en10%. Þessi flokkun vísar til brota af sandi, ryki og möl samkvæmt bandarísku deildinni, en hún er tekin upp sem slík vegna samanburðargildanna og þeirrar reynslu sem hún hefur af slíkri flokkun.

Ójafnvægi í jarðvegi

Samkvæmt Allen Hazen er ójafnvægi jarðvegs hlutfallið (mynd.3)

U=d60/d10

hvar d60kornaþvermál sem samsvarar ordinatunni60%, og d10 kornaþvermál sem samsvarar ordinatunni10%. Fyrir U< 5 tlo je ravnomernog sastava,
fyrir U =5-15jarðvegurinn er í meðallagi ójafn í samsetningu, fyrir U >15jarðvegurinn er af ójafnri samsetningu. Þegar línan í kyrningasamsetningu er brött er gildi ójöfnunarstigsins U lítið, en fyrir flata línu er stórt. Minnsta gildi fyrir U er1. Ef línan af granulometric samsetningu er flatari, gildið U er hærra. Fyrir sand er það venjulega U=1-15, fyrir leirjarðvegi U=10-90, en ef um er að ræða jarðveg með mjög ójafnri samsetningu getur U haft mjög stór gildi.

Sl.3- Ákvörðun kornaþvermáls d60og d10

Síuregla

Þessi regla byggir á kyrningafræðilegri samsetningu síunnar, en verkefni hennar er að draga úr vökvahalla við snertingu jarðvegs og steinafrennslislags með bráðabirgðakornstærð, til að koma í veg fyrir þvott á litlum jarðvegsagnir með grunnvatni. Grunnskilyrðin sem síulagið á að uppfylla eru að það sé vatnsgegndrætt og stöðugt. Það eru nokkrar reglur um samsetningu sía, þar á meðal verður aðeins regla Terzaghi skráð hér sem sú þekktasta.

Regla Terzaghi

Regla Terzaghi hljóðar svo: Kornun síunnar ætti að vera þannig að korn hennar í því magni15%þyngdarhlutir alls síumassans (F15) vera minnstur4sinnum meiri en grófustu jarðvegsagnir sem sían hvílir á (basar) í magni15%af þyngdarhlutum grunnsins (B15), án þess að vera stærri en4sinnum B85, það er stærð minnstu agnanna við85%hlutar miðað við þyngd grunnsins. Þessi regla er hægt að tjá með samböndunum: F15/B15 >4og F15/B85< 4.
Fyrsta hlutfallið tryggir vatnsgegndræpi síunnar en hið síðara tryggir stöðugleika hennar.

Sl.4- Síureglan um Terzaghia

Minnstu og stærstu agnir grunnsins eru sýndar á mynd.4landamæralínur1og2. Mörkunarlínur síunnar eru3og4. Ástand F15 >4_B15_ er táknað með punkti a á markalínunni3, ástand F15< 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Mælt er með því að línan í kornfræðilegri samsetningu síunnar sé um það bil samsíða línunni í kornfræðilegri samsetningu grunnsins. Í stað tveggja öfgalína í kornfræðilegri samsetningu grunnsins eins og á mynd.4, getur verið ein lína af meðalkorni. Í því tilviki, lið B15 og B85 eru á sömu línu (eins og á mynd.5). Oftast er munurinn á kornun milli grunns og frárennslislags slíkur að eitt síusvæði nægir ekki fyrir umskipti milli grunns og lags. Í þessu tilviki samanstendur sían af nokkrum síusvæðum, sem eru ákvörðuð eftir sömu reglu, þar til stærstu kornastærð frárennslissetunnar er náð.

Sl.5- Dæmi um útreikning á síulögum

Ofangreind skipting, takmörkunarstærðir og reglur eru fluttar frá sögulegum uppruna og koma ekki í staðinn fyrir núverandi jarðtækniflokkun, rannsóknarstofuskýrslu, síuhönnun eða frammistöðuáætlun. Raunverulegt jarðvegs- og frárennsliskerfi krefst dæmigerðar sýnatöku, viðeigandi prófunar, athugunar á neðanjarðar- og yfirborðsvatni, rofi og innri stöðugleika, auk mats viðurkennds sérfræðings í samræmi við gildandi reglur og skilyrði viðkomandi verkefnis.