Structura soli
Sub structura soli intellegitur dispositio phaasis solidae in massa terrestri. Ut notum est, solum constat ex particulis solidis et poris aqua, aere vel vapore aquae impletis, plerumque partim aere partim aqua. Secundum dispositionem particularum solidarum in solo eius structura determinatur. Structura soli soluti et soli cohaerentis inter se essentialiter differunt.
Structura soli soluti
Struktura nevezanog tla postaje pod dejstvom gravitacije. Čvrste čestice ovog tla su krupnije i padaju naniže, talože se pod dejstvom gravitacije, dok intermolekularne privlačne sile takvih čestica ne postoje ili su neznatne i savladane gravitacijom. Zbog toga se kod nevezanog tla čvrste čestice slažu jedna pored druge, zauzimajući slobodan prostor između složenih čestica (sl. 1_a_). Ako su čestice nevezanog tla približno okruglog oblika i iste veličine, kao što može biti slučaj peska ravnomernog sastava, onda struktura može biti najgušća (sl. 1_b_) ili najređa (sl. 1_c_), što zavisi od rasporeda čvrstih čestica u tlu. Najgušća struktura odgovara najvećoj mogućnosti zbijenosti nevezanog tla i njegova poroznost je nmin=26%. Najređa struktura odgovara najmanjoj mogućoj zbijenosti nevezanog tla i njegova poroznost je nmax=48%. Tako na primer rastresiti pesak dina ima n=47%.
Fig. 1 Structura terrae non ligatae
Si solum incohaerens granorum magnitudinibus diversum est, ita ut particulae minores vacua inter maiores impleant (fig. 2), porositas soli multo minor est (n=20% et minus).
Fig. 2. Structura soli non cohaerentis variarum magnitudinum granorum
Structura soli cohaerentis
In solo cohaerenti structura alia est quam in soluto. In solo cohaerenti vires cohaesionis apparent, quae sunt fortiores vi gravitatis particularum minimarum et eas in superficiebus contactus conglutinant. Propterea hae particulae non ordine deorsum cadunt, sed adhaerent una super alteram et una iuxta alteram (fig. 3_a_), ita structuram catenae reticulatam formantes (fig. 3_b_), floccosam (fig. 3_c_) etc., quae structurae ordinis superioris appellantur. Tales structurae magnam porositatem habent, quae ad 60-80% totius massae pervenire potest, quod in solo soluto esse non potest.
Fig. 3. Structura soli ligati
Porosity and porosity coefficient
Porositas soli definitur ratione voluminis pororum ad volumen totius soli (fig. 4).
Fig. 4. Porositas et coefficientes porositatis soli
Si designamus per
- Vp = volumen pororum in solo
- Vm = volumen partium solidarum
- V = volumen totius soli,
Porositas soli n per definitionem est
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
id est in % totius voluminis soli
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Coefficientem porositatis soli definitur ratione voluminis pororum ad volumen particularum solidarum:
e = VP / Vm.
Ex formula porositatis n habemus:
nVP + nVm = VP, unde Vm = VP(1-n) / n.
Substituendo hanc valorem in formula pro e obtinemus
e = n / (1-n).
Ex hac aequatione obtinemus
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Coefficientis porositatis densitatem soli indicat. Quo maior est coefficientis e valor, eo minor est densitas soli, et e converso. Si quoddam solum compressibile sub onere subsidit, ope coefficientis porositatis ante et post subsidium magnitudo subsidii Δ_h_ determinari potest.
Consideremus stratum soli compressibilis crassitudine h (fig. 5_a_). Si hunc stratum oneramus, sedebit per altitudinem Δ_h_, ita ut eius crassitudo sub onere ad h1 minuatur. Ergo
Δ_h_ = h – h1.
Quoniam subsidium soli compressibilis fit expensis pororum, quia particulae solidae fere incompressibiles sunt, itemque aqua, si pori soli ea partim vel plene replentur, hoc subsidium schematice exhiberi potest in fig. 5_b_.
Fig. 5. Subsidentia Δh strati solum compressibilis crassitudinis h sub onere
Si per h0 designemus imaginariam altitudinem strati particularum solidarum sine poris, quae altitudo reducta vocatur, tum slegationem Δ_h_ respectu altitudinis reductae h0 relatione exprimere possumus:
Si stratum soli latitudinis et longitudinis unitati aequalium consideremus, tum altitudines h, h1 et h0 repraesentant volumina, atque est
ubi e est coefficientis porositatis ante, e1 post subsidentiam. Ex praemissis obtinetur subsidentia
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Subsidentia exprimi potest ad relationem ad altitudinem strati h ante subsidentiam, si valorem altitudinis reductae h0 substituimus:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
cum sit n = VP / V = VP / h_, unde VP = nh.
Ita obtinetur
Quaedam genera soli has valores medios porositatis n et coefficientis porositatis e habent:
Humiditas soli
Type aquae in solo
Aqua in solo apparet in forma aquae in poris inter particulas solidas, quae aqua pororum vocatur, deinde ut aqua adsorpta in particulis solidis et ut aqua constitutionalis.
Aqua pororum constat ex aqua libera inter particulas solidas, cuius motus fit lege Darcii, deinde ex aqua gravitatoria, quae sub vi gravitatis deorsum in omnes directions movetur, sed eius motus non fit lege Darcii, ex aqua capillari, quae sub vi virium capillarium movetur, et ex aqua tensionis superficialis, quae tensione superficiali in angulis inter particulas soli solidas tenetur et etiam aqua pororum angularis appellatur. Haec tota aqua omnino removeri potest siccando solum ad temperaturam 110oC.
Aqua adsorpta est ea quae particulas solidas, quibus viribus molecularibus adhaeret, circumdat. Hoc est socius pellicula aquosa, cuius crassitudo inter 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron) variat. Effectus aquae adsorptae apud particulas maiores est exigui momenti; quominus autem particulae subtiliores sunt, eo maior eius effectus est, quia superficies generalis particularum augetur, atque ita etiam proportio aquae adsorptae ad particulas solidas in unitate voluminis soli. Haec aqua solum ex parte removetur siccando ad 110oC.
Aqua constitutionalis chemice in crystallos mineralium particularum solidarum soli coniuncta est. Huius aquae perparum est et per siccationem soli removeri non potest. Quare haec aqua tamquam pars constitutiva particulae solidae haberi potest.
Quantitas aquae in solo
Po definiciji količina vode u tlu ili vlažnost tla je odnos težine vode sadržane u tlu prema težini njegovih čvrstih sastojaka. Prema količini vode u tlu razlikuju se tri slučaja: tlo potpuno zasićeno vodom, tlo delimično zasićeno vodom i tlo potpuno suvo.
Solum aqua plene saturatum
Si n porositatem soli, γs pondus volumetricum omnium particularum, γw pondus volumetricum aquae significamus, tum humiditas soli saturati wZ hac aequatione exprimi potest
Solum aqua parte saturatum
Si notamus Ww pondus aquae in solo contentae, et Wd pondus particulas solidas sive pondus siccum soli, tunc humiditas soli est w
w = Ww / Wd, id est in centesimis ponderis sicci soli: w = 100 Ww / Wd.
In hoc casu umor soli exprimi potest per gradum umoris Sr, qui significat rationem ponderis actualis aquae in solo ad pondus aquae in eodem solo, quod esset si omnes pori aqua implerentur, sive ad pondus aquae soli saturati:
igitur pro _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Limites critici pro gradu humiditatis sunt:
- pro solo omnino sicco w = 0; Sr = 0
- pro solo plene saturato w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Fig. 6. Specimen soli aqua partim saturatum
Gradus saturationis (qui interdum etiam saturatio vel gradus humiditatis appellatur) etiam exprimitur ratione voluminis pororum aqua completorum ad totum volumen pororum (fig. 6):
Sr = V2 / V1
ubi V2 est volumen pororum aqua impletorum, V1 volumen totum pororum aqua, aere et gasibus impletorum. Si w est humiditas soli in % ponderis sicci soli Wd, tunc habemus
V2 * γW = w Wd, unde est V2 = w Wd / γw.
Ex altera autem parte habemus V1 = V – Vd, atque quoniam Vd * γs = Wd, est
Vd = Wd / γs et V1 = V – Wd / γs.
Itaque gradus saturationis soli Sr erit
id est in centesimis ponderis sicci soli
Solum plane siccum
In hoc casu w = 0. Aqua pororum omnis remota est, dum aqua adsorpta tantum ex parte remota est, id est pellicula aquosa adhuc exsistit, sed eius crassitudo imminuta est.