Struktur lemah
Sing dimaksud struktur lemah yaiku susunan fase padhet ing massa bumi. Kaya sing wis dingerteni, lemah dumadi saka partikel padhet lan pori-pori sing kapenuhan banyu, hawa utawa uap banyu, lumrahé sebagian hawa sebagian banyu. Miturut susunan partikel padhet ing lemah ditemtokake strukture. Struktur lemah gembur lan lemah iketan béda banget siji lan sijiné.
Struktur lemah gembur
Struktur lemah ora terikat mbentuk ing pengaruh gravitasi. Partikel padhet saka lemah iki luwih gedhé lan mudhun, ngendap amarga pengaruh gravitasi, dene gaya tarik antarmolekul saka partikel kaya mangkono ora ana utawa mung sithik lan dikalahké déning gravitasi. Mula, ing lemah ora terikat partikel padhet nyusun jejeg-jejeg jejere, ngisi ruang kosong ing antarane partikel sing wis tersusun (sl. 1_a_). Yen partikel lemah ora terikat kira-kira bunder lan ukurané padha, kaya sing bisa kelakon ing pasir kanthi komposisi seragam, mula struktur bisa dadi paling padhet (sl. 1_b_) utawa paling renggang (sl. 1_c_), gumantung saka susunan partikel padhet ing lemah. Struktur paling padhet cocog karo kemungkinan pemadatan paling gedhé saka lemah ora terikat lan porositasé nmin=26%. Struktur paling renggang cocog karo kemungkinan pemadatan paling cilik saka lemah ora terikat lan porositasé nmax=48%. Dadi umpamané pasir gembur saka gumuk wedhi nduwèni n=47%.
Gbr. 1 Struktur lemah ora kaiket
Yen lemah ora terikat nduweni ukuran butir sing beda-beda, saéngga partikel sing luwih alus ngisi kekosongan ing antarané sing luwih kasar (gbr. 2), porositas lemah dadi luwih cilik banget (n=20% lan luwih cilik).
Sl. 2. Struktur lemah ora terikat kanthi ukuran butir sing beda-beda
Struktur lemah sing kagandheng
Ing lemah sing kaiket strukturé beda karo sing ora kaiket. Ing lemah sing kaiket katon gaya kohesi, sing luwih kuwat tinimbang gaya gravitasi partikel cilik lan nempelake mau ing permukaan sing saling kontak. Amarga kuwi partikel-partikel iki ora tiba mudhun siji-siji, nanging tetep nempel siji marang sijiné lan siji jejere sijiné (sl. 3_a_), dadi struktur kaya ranté lan jala (sl. 3_b_), kaya serabut (sl. 3_c_) lan liya-liyané, sing diarani struktur tataran luwih dhuwur. Struktur kaya mangkéné nduwé porositas gedhe, sing bisa nganti 60-80% saka bobot total, sing ora bisa kelakon ing lemah ora kaiket.
Sl. 3. Struktur lemah sing kaiket
Porositas lan koefisien porositas
Porositas lemah ditegesi minangka perbandingan volume pori marang volume total lemah (gambar 4).
Gbr. 4. Porositas lan koefisien porositas lemah
Yèn kita nggambarake nganggo
- Vp = volume pori ing lemah
- Vm = volume partikel padhet
- V = volume total lemah,
porositas lemah n miturut definisi yaiku
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
yaiku ing % saka volume total lemah
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Koefisien porositas lemah ditemtokaké saka perbandingan volume pori marang volume partikel padhet:
e = VP / Vm.
Saka rumus kanggo porositas n kita éntuk:
nVP + nVm = VP, mula Vm = VP(1-n) / n.
Kanthi ngganti nilai iki ing rumus kanggo e kita entuk
e = n / (1-n).
Saka persamaan iki kita éntuk
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Koefisien porositas nuduhake kerapatan lemah. Yen koefisien e luwih gedhe, kerapatan lemah luwih cilik, lan kosok balene. Yen sawijining lemah sing bisa mampat amblas amarga beban, kanthi bantuan koefisien porositas sadurunge lan sawisé amblasan bisa ditemtokake gedhene amblasan Δ_h_.
Ayo dianggep lapisan lemah sing bisa mampet kanthi ketebalan h (woro-woro 5_a_). Yen lapisan iki diparingi beban, lapisan iki bakal amblas nganti dhuwuré Δ_h_, saéngga ketebalane amarga beban bakal suda dadi h1. Mula saka kuwi
Δ_h_ = h – h1.
Amarga slegane lemah sing bisa dikompres dumadi amarga pori-pori, amarga partikel padhet praktis ora bisa dikompres, lan uga banyu, yen pori-pori lemah diisi banyu sebagian utawa sakabehe, mula slegane iki bisa digambarake sacara skematis ing gbr. 5_b_.
Gbr. 5. Ndlosor Δh saka lapisan lemah sing bisa kompresi kanthi ketebalan h ing sangisoré beban
Yen kita tandhani h0 minangka dhuwuré khayal lapisan partikel padhet tanpa pori, sing diarani dhuwuré reduksi, mula kita bisa nyebut amblas Δ_h_ marang dhuwuré reduksi h0 kanthi hubungan:
Yèn kita ndelok lapisan lemah kanthi jembar lan dawa padha karo siji, mula dhuwuré h, h1 lan h0 makili volume, dadi
ing ngendi e yaiku koefisien porositas sadurunge, e1 sawisé amblas. Saka sing sadurungé diduwèni amblas
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Penurunan bisa diungkapake relatif marang dhuwuré lapisan h sadurunge penurunan yen kita ngganti nilai dhuwur sing wis dikurangi h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
amarga n = VP / V = VP / h_,_ mula VP = nh.
Mula dipikolehi
Sawetara jinis lemah nduwèni nilai rata-rata porositas n lan koefisien porositas e kaya ing ngisor iki:
Kadar banyu lemah
Jenis-jenis banyu ing lemah
Banyu ing lemah katon ing wujud banyu ing pori-pori antarané partikel padhet sing diarani banyu pori, banjur minangka banyu adsorbsi ing partikel padhet lan minangka banyu konstitusional.
Banyu pori dumadi saka banyu bebas ing antarané partikel padhet, sing obahé lumaku miturut hukum Darcy, banjur banyu gravitasi, sing obah amarga gaya gravitasi saka ndhuwur mudhun ing kabèh arah, nanging obahé ora lumaku miturut hukum Darcy, banyu kapiler sing obah amarga gaya kapiler lan banyu tegangan permukaan, sing dicekel déning tegangan permukaan ing pojok-pojok antarané partikel padhet lemah lan uga disebut banyu pori sudut. Kabèh banyu iki bisa rampung dibusak kanthi ngatusaké lemah ing suhu 110oC.
Banyu adsorbsi yaiku banyu sing nutupi partikel padhet, sing kaiket déning gaya molekuler. Iki sing diarani lapisan banyu, sing ketebalané antarané 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Pangaruh banyu adsorbsi ing partikel sing luwih gedhé ora pati signifikan, nanging yèn partikel luwih alus, pengaruhé saya gedhé, amarga lumahing umum partikel mundhak lan kanthi mangkono uga rasio banyu adsorbsi marang partikel padhet ing siji unit volume lemah. Banyu iki mung bisa dicopot sebagian kanthi ngeringaké ing 110oC.
Banyu konstitusional yaiku banyu sing sacara kimia nyawiji ing kristal mineral saka partikel lemah sing padhet. Banyu iki jumlahe sithik banget lan ora bisa dibusak kanthi ngeringaké lemah. Mula, banyu iki bisa dianggep minangka bagéan saka partikel padhet.
Jumlah banyu ing lemah
Miturut definisi, kandhungan banyu ing lemah utawa kelembapan lemah yaiku perbandingan bobot banyu sing ana ing lemah marang bobot komponen padheté. Miturut jumlah banyu ing lemah dibédakaké telung kahanan: lemah kanthi jenuh banyu, lemah sing sebagian jenuh banyu lan lemah sing garing total.
Lemah sing kebak banyu kanthi lengkap
Yen kita nyatakake n minangka porositas lemah, γs minangka bobot volume kabèh partikel, γw minangka bobot volume banyu, mula kadar kelembapan lemah jenuh wZ bisa diandharake kanthi persamaan iki
Tanéh sebagian jenuh banyu
Yen kita nyatakaké Ww minangka bobot banyu sing ana ing lemah, lan Wd minangka bobot partikel padhet utawa bobot garing lemah, mula kadar lemah w
w = Ww / Wd , yaiku ing persentase bobot garing lemah: w = 100 Ww / Wd.
Ing kasus iki, kelembapan lemah bisa diandharake kanthi tingkat kelembapan Sr sing nuduhake perbandingan bobot nyata banyu ing lemah marang bobot banyu ing lemah sing padha yen kabeh pori kapenuhan banyu, utawa marang bobot banyu saka lemah jenuh:
déné kanggo _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Wates nilai kanggo tingkat kelembapan yaiku:
- kanggo lemah garing total w = 0; Sr = 0
- kanggo lemah sing jenuh total w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Sl. 6. Sampel lemah kang sebagian jenuh banyu
Tingkat kejenuhan (sing kadhangkala uga diarani kejenuhan utawa tingkat kelembapan) uga diandharaké minangka bandhingan volume pori sing kapenuhan banyu marang volume pori total (gbr. 6):
Sr = V2 / V1
ing endi V2 volume pori sing kebak banyu, V1 volume total pori sing kebak banyu, hawa lan gas. Yen w yaiku kadar banyu lemah ing % saka bobot garing lemah Wd, mula kita nduwèni
V2 * γW = w Wd, mula V2 = w Wd / γw.
Ing sisih liyane, kita nduwèni yèn V1 = V – Vd, mula amarga Vd * γs = Wd, dadi
Vd = Wd / γs lan V1 = V – Wd / γs.
Mula, derajat kejenuhan lemah Sr bakal
utawa ing persentase saka bobot garing lemah
Tanéh garing sakabehé
Ing kasus iki w = 0. Kabèh banyu pori wis dicopot, déné banyu adsorpsi mung wis dicopot sebagian, yaiku lapisan banyu isih ana, nanging kekandelane wis suda.