Структура на тлото
Под структура на тлото се подразбира распоредот на цврстата фаза во земјената маса. Како што е познато, тлото се состои од цврсти честички и пори исполнети со вода, воздух или водена пареа, најчесто делумно со воздух, делумно со вода. Според распоредот на цврстите честички во тлото е определена неговата структура. Структурите на несврзаното и сврзаното тло суштински се разликуваат меѓу себе.
Структура на несврзано тло
Структурата на неврзаната почва се создава под дејство на гравитацијата. Цврстите честички на оваа почва се покрупни и паѓаат надолу, се таложат под дејство на гравитацијата, додека меѓумолекуларните привлечни сили кај таквите честички не постојат или се незначителни и совладани од гравитацијата. Поради тоа, кај неврзаната почва цврстите честички се наредуваат една покрај друга, заземајќи го слободниот простор меѓу сложените честички (сл. 1_a_). Ако честичките на неврзаната почва се приближно кружни по форма и со иста големина, како што може да биде случај кај песок со рамномерен состав, тогаш структурата може да биде најгусна (сл. 1_b_) или најретка (сл. 1_c_), што зависи од распоредот на цврстите честички во почвата. Најгустата структура одговара на најголемата можност за збиеност на неврзаната почва и нејзината порозност е nmin=26%. Најретката структура одговара на најмала можна збиеност на неврзаната почва и нејзината порозност е nmax=48%. Така, на пример, растреситиот песок од дини има n=47%.
Сл. 1 Структура на неврзано тло
Ако е неврзана почва со различна крупнотија на зрната, така што поситните честички ги исполнуваат празнините меѓу покрупните (сл. 2), порозноста на почвата е значително помала (n=20% и помалку).
Сл. 2. Структура на неврзана почва со различна крупност на зрната
Структура на врзана почва
Кај сврзаната почва структурата е поинаква отколку кај несврзаната. Кај сврзаната почва се појавуваат сили на кохезија, кои се посилни од силата на гравитација на ситните честички и ги слепуваат на допирните површини. Поради тоа овие честички не паѓаат по ред надолу, туку остануваат слепени една врз друга и една до друга (сл. 3_a_), создавајќи така синџиресто-мрежеста структура (сл. 3_b_), пахуљеста (сл. 3_c_) итн., кои се нарекуваат структури од повисок ред. Ваквите структури имаат голема порозност, која може да достигне до 60-80% од вкупната маса, што не може да биде случај кај несврзаната почва.
Сл. 3. Структура на сврзана почва
Порозност и коефициент на порозност
Порозност на почвата се дефинира со односот на волуменот на порите кон вкупниот волумен на почвата (сл. 4).
Сл. 4. Порозност и коефициент на порозност на почвата
Ако означиме со
- Vp = запремнината на порите во почвата
- Vm = волумен на цврстите честички
- V = вкупниот волумен на почвата,
порозноста на почвата n е по дефиниција
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
односно во % од вкупната запремнина на почвата
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Коефициентот на порозност на почвата се дефинира како однос на волуменот на порите кон волуменот на цврстите честички:
e = VP / Vm.
Од образецот за порозност n имаме:
nVP + nVm = VP, од каде што е Vm = VP(1-n) / n.
Заменувајќи ја оваа вредност во образецот за e добиваме
e = n / (1-n).
Од оваа равенка добиваме
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Коефициентот на порозност ја покажува густината на почвата. Доколку коефициентот e е поголем, толку густината на почвата е помала и обратно. Ако некоја стискава почва под оптоварување се слегне, со помош на коефициентот на порозност пред и по слегнувањето може да се одреди големината на слегнувањето Δ_h_.
Да го разгледаме слојот на стислива почва со дебелина h (сл. 5_a_). Ако овој слој го оптовариме, тој ќе се слегне за висина Δ_h_, така што неговата дебелина под дејство на оптоварувањето ќе се намали на h1. Според тоа
Δ_h_ = h – h1.
Бидејќи слегнувањето на стислива почва се врши на сметка на порите, зашто цврстите честички се практично нестисливи, а исто така и водата, ако порите на почвата се исполнети со неа делумно или целосно, ова слегнување може шематски да се прикаже на сл. 5_b_.
Сл. 5. Слегнување Δh на стислив слој на тло со дебелина h под оптоварување
Ако означиме со h0 замислена висина на слојот од цврсти честички без пори, наречена редуцирана висина, тогаш може да го изразиме слегнувањето Δ_h_ во однос на редуцираната висина h0 со однос:
Ако разгледуваме слој почва со ширина и должина еднакви на единица, тогаш висините h, h1 и h0 претставуваат запремини, па затоа е
каде што e е коефициентот на порозност пред, а e1 по слегнувањето. Од претходното се добива слегнувањето
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Слегнувањето може да се изрази во однос на висината на слојот h пред слегнувањето ако ја замениме вредноста на редуцираната висина h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
бидејќи n = VP / V = VP / h_, од каде е VP = nh.
Od toa se dobiva
Поединечните видови почва имаат следни просечни вредности на порозноста n и коефициентот на порозност e:
Влажност на почвата
Видови вода во почвата
Водата во почвата се појавува во облик на вода во порите меѓу цврстите честички, т.н. порна вода, потоа како адсорбирана вода на цврстите честички и како конституциона вода.
Порната вода се состои од слободна вода меѓу цврстите честички, чие движење се врши по Дарсиовиот закон, потоа гравитациона вода, која се движи под дејство на гравитацијата одозгора надолу во сите правци, но нејзиното движење не се врши по Дарсиовиот закон, капиларна вода која се движи под дејство на капиларни сили и вода на површински напон, која се држи со површинскиот напон во аглите меѓу цврстите честички на почвата и се нарекува уште аголна порна вода. Сета оваа вода може целосно да се отстрани со сушење на почвата на температура од 110oC.
Адсорбирана вода е онаа што ги обвива цврстите честички, за кои е врзана со молекуларни сили. Тоа е т.н. воден филм, чија дебелина се движи 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, милимикрон). Влијанието на адсорбираната вода кај поголемите честички е незабележително, меѓутоа колку се честичките поситни, толку нејзиното влијание е поголемо, бидејќи се зголемува општата површина на честичките, а со тоа и односот на адсорбираната вода спрема цврстите честички во единица волумен на почвата. Оваа вода може само делумно да се отстрани со сушење на 110oC.
Конституциона вода е хемиски соединета во кристалите на минералите на цврстите честички на почвата. Од оваа вода има многу малку и таа не може да се отстрани со сушење на почвата. Затоа оваа вода може да се смета како составен дел на цврстата честичка.
Количина на вода во тлото
По дефиниција, количината на вода во почвата или влажноста на почвата е односот на тежината на водата содржана во почвата кон тежината на нејзините цврсти состојки. Според количината на вода во почвата се разликуваат три случаи: почва целосно заситена со вода, почва делумно заситена со вода и почва целосно сува.
Почва целосно заситена со вода
Ако со n ја означиме порозноста на тлото, γs волуменската тежина на сите честички, γw волуменската тежина на водата, тогаш влажноста на заситеното тло wZ може да се изрази со следната равенка
Почва делумно заситена со вода
Ако ја означиме со Ww тежината на водата содржана во почвата, а со Wd тежината на цврстите честички, односно сувата тежина на почвата, тогаш влажноста на почвата w
w = Ww / Wd, односно во проценти на сува тежина на почвата: w = 100 Ww / Wd.
Во овој случај влажноста на почвата може да се изрази со степенот на влажност Sr кој претставува однос на стварната тежина на водата во почвата кон онаа тежина на водата во истата почва што би била ако сите пори биле исполнети со вода, одн. кон тежината на водата на заситената почва:
одн. за _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Граничните вредности за степенот на влажност се:
- za celosno suvo tlo w = 0; Sr = 0
- за целосно заситена почва w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Сл. 6. Примерок на тло делумно заситен со вода
Степенот на заситеност (кој понекогаш се нарекува и заситеност или степен на влажност) се изразува уште и со односот на волуменот на порите исполнети со вода кон вкупниот волумен на порите (сл. 6):
Sr = V2 / V1
каде што V2 е запремнината на порите исполнети со вода, V1 вкупната запремнина на порите исполнети со вода, воздух и гасови. Ако w е влажноста на почвата во % од сувата тежина на почвата Wd, тогаш имаме
V2 * γW = w Wd, од каде што V2 = w Wd / γw.
Од друга страна, имаме дека V1 = V – Vd, па бидејќи Vd * γs = Wd, тоа е
Vd = Wd / γs и V1 = V – Wd / γs.
Според тоа, степенот на заситеност на почвата Sr ќе биде
односно во проценти од сувата тежина на тлото
Почвата е целосно сува
Во овој случај w = 0. Сета порна вода е отстранета, додека адсорбираната вода е само делумно отстранета, односно воден филм сè уште постои, но неговата дебелина е намалена.