Fasa bahan dalam tanah dan komposisi granulometrik

Hari ini, Savo Kusić tertumpu pada tingkap kayu, tingkap kayu-aluminium, tingkap tersuai, pintu dan permintaan untuk sebut harga. Teks ini kekal sebagai arkib teknikal dan bukan tawaran reka bentuk geoteknikal, ujian makmal atau kerja tanah.

Fasa bahan dalam tanah

Tanah terdiri daripada tiga fasa: pepejal, cecair dan gas. Fasa pepejal diwakili oleh zarah pepejal, air cecair, dan fasa gas oleh udara tertutup atau wap air dalam liang tanah.
Beberapa jenis tanah boleh terdiri daripada satu, dua atau tiga fasa, yang bermaksud bahawa tanah boleh menjadi sistem satu fasa, dua fasa atau tiga fasa. Sifat fizikal tanah bergantung kepada fasa individu. Tanah tidak koheren, seperti pasir atau kerikil kering sepenuhnya, hanya terdiri daripada satu fasa - zarah pepejal. Udara yang wujud dalam pori-pori tanah tersebut tidak tertutup dan tidak menentang pergerakan zarah pepejal, maka ia tidak boleh dianggap sebagai fasa. Tanah koheren lembap di atas paras air bawah tanah, yang terdiri daripada zarah pepejal dan liang tertutup, sebahagiannya diisi dengan air dan sebahagiannya dengan udara atau wap air, adalah tanah sistem tiga fasa. Dalam kes pepejal bergerak, air dan udara dalam liang tanah bertentangan pada masa yang sama. Tanah di bawah paras air bawah tanah, yang liang-liangnya dipenuhi air sepenuhnya, sehingga tiada udara atau wap air di dalamnya, adalah sistem dua fasa. Tanah dalam lapisan yang lebih dalam diandaikan sebagai sistem dua fasa, kerana udara tertutup dalam liang tanah pada kedalaman yang lebih besar tidak mempunyai kesan yang ketara ke atas sifat fizikalnya, yang dalam kes itu ditentukan oleh sifat fasa pepejal dan cecair.

Komposisi granulometrik

Ramuan pepejal tanah ialah bahan galian atau organik yang berlainan saiz, bermula daripada kerikil dan bongkah besar, saiz ratusan dan ribuan milimeter hingga saiz satu molekul. Seperti yang anda ketahui, molekul adalah satu perjuta milimeter, satu milimikron. Saiz terkecil pepejal tanah dianggap sebagai 20 matau mikron.
Saiz zarah tanah pepejal mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap sifat fizikalnya. Kekasaran ini dinyatakan oleh komposisi granulometrik, yang mewakili nisbah saiz butiran individu dengan bahagian beratnya kepada jumlah berat tanah. Pembahagian tanah mengikut komposisi granulometriknya berbeza di negara yang berbeza. Bahagian kami adalah seperti berikut:

Had saiz zarah

Saiz2 mm- sempadan antara tanah berbutir kasar dan berbutir halus. Zarah pepejal sehingga2mmmenunjukkan kenaikan kapilari air dalam tanah. Tanah berbutir kasar tidak mempunyai kapilari. Saiz0,2 mm– sempadan antara pasir berbutir kasar (tajam) dan pasir berbutir halus (lembut). Saiz0,02 mm- had sehingga butiran individu dalam tanah boleh dikenali dengan mata kasar. Saiz0,002 mm– sempadan antara tanah gembur dan tanah liat Saiz0,0002 mm– sempadan antara tanah liat dan tanah liat koloid. Bahan pepejal bersaiz di bawah0,002 mmmempunyai pengaruh yang besar terhadap sifat fizikal tanah. Bahan-bahan ini memberikan kohesi tanah, dan jika ia lebih kecil dan lebih banyak di dalam tanah, kohesi tanah lebih ketara. Walau bagaimanapun, kepaduan tanah juga bergantung kepada komposisi mineral zarah pepejal yang lebih kecil daripada0,002 mm. Jika zarah-zarah ini terbentuk melalui penguraian mineral yang sangat keras seperti kuarza, maka kohesi mereka sangat rendah atau tidak wujud, dan penyerapan airnya juga agak rendah. Jika zarah berada di bawah0,002 mmdibentuk oleh penguraian bahan tanah liat, maka mereka mempunyai sifat mengikat yang semuanya lebih kuat jika zarahnya lebih kecil, manakala penyerapan air zarah tersebut sangat tinggi. Komposisi granulometri tanah menyediakan data penting dan boleh dipercayai tentang beberapa sifat fizikalnya. Sekiranya zarah tanah liat di bawah 0,002 mm wujud di dalam tanah, maka sudah boleh disimpulkan bahawa tanah tersebut adalah plastik, koheren, higroskopik, dengan kapilari tinggi, kebolehtelapan rendah dan mempunyai sudut geseran dalaman yang rendah.
Komposisi granulometrik tanah diwakili oleh garisan komposisi granulometrik (rajah 1).

Gamb. 1 - Garisan komposisi tanah granulometrik: 1-pasir kerikil; 2-pasir berdebu; 3-habuk berpasir; 4-tanah liat; 5-tanah liat

Garis ordinat bagi komposisi granulometrik menunjukkan pecahan berat zarah pepejal yang lebih kecil daripada diameter yang diwakili oleh absis titik yang diberikan. Contohnya, pada titik A garis 4 ordinat menunjukkan bahawa terdapat 92% zarah lebih kecil daripada 2 mm, dan baki 8% lebih besar daripada 2 mm.

Pengelasan tanah mengikut komposisi granulometrik

Tanah yang mengandungi zarah pepejal lebih besar daripada 2 mm dikelaskan mengikut pembahagian umum tanah mengikut komposisi granulometrik, ditunjukkan dalam rajah. 1. Dengan berbuat demikian, yang paling banyak diwakili dalam tanah diterima pakai sebagai pecahan asas, manakala yang lain adalah tambahan. Sebagai contoh, jika butiran umum tanah kebanyakannya pasir dengan jumlah kerikil yang lebih kecil, maka tanah tersebut diklasifikasikan sebagai pasir kerikil, manakala sebaliknya adalah kerikil berpasir. Dalam klasifikasi, bahagian pecahan individu dalam tanah juga boleh ditunjukkan. Contohnya, jika tanah mengandungi 15% tanah liat, 45% habuk, 30% pasir dan 10% kerikil, ia boleh dikelaskan sebagai tanah liat dengan 15% tanah liat dan 10% kerikil.
Walau bagaimanapun, bagi tanah berbutir halus yang mengandungi zarah pepejal lebih kecil daripada 2 mm, pengelasan berdasarkan komposisi granulometrinya biasanya dilakukan mengikut rajah segi tiga. Terdapat beberapa rajah sedemikian, yang mana kami akan menyenaraikan yang paling asas dari Biro Tanah A.S., rajah. 2.

Gamb. 2 - Rajah Segi Tiga Biro Tanah AS

Rajah terdiri daripada tiga paksi koordinat yang dilipat menjadi segitiga sama sisi, di mana setiap paksi mewakili satu pecahan, iaitu pasir, habuk dan tanah liat dalam % berat keseluruhan jisim tanah. Permukaan rajah dibahagikan kepada zon 10, setiap satunya mewakili jenis tanah yang berasingan. Setiap sisi segi tiga mewakili absis dari mana ordinat selari dengan dua absis yang lain dinaikkan.
Setiap titik dalam rajah ini mempunyai3koordinat yang mewakili peratusan yang disenaraikan3pecahan dalam tanah tertentu dan menentukan jenis tanah. Jadi, sebagai contoh, titik M pada rajah mewakili tanah liat. Ia diperoleh dengan cara yang daripada rajah komposisi granulometrik rajah.1tentukan puak individu, yang dalam kes ini akan menjadi (baris4dalam rajah.1):35%tanah liat,25%habuk,40%pasir, di mana jumlah8%kerikil diabaikan kerana ia berjumlah kurang daripada10%. Klasifikasi ini merujuk kepada pecahan pasir, habuk dan kerikil mengikut bahagian Amerika, tetapi ia diterima pakai sedemikian kerana nilai perbandingan dan pengalaman yang dimilikinya dengan klasifikasi sedemikian.

Tahap ketidakrataan tanah

Menurut Allen Hazen, tahap ketidaksamaan tanah ialah nisbah (rajah.3)

U=d60/d10

di mana d60diameter butir sepadan dengan ordinat60%, dan d10 diameter butiran sepadan dengan ordinat10%. Untuk U< 5 tlo je ravnomernog sastava,
untuk U =5-15tanah adalah sederhana tidak sekata dalam komposisi, untuk U >15tanah mempunyai komposisi yang tidak sekata. Apabila garisan gubahan granulometrik adalah curam, nilai darjah ketaksamaan U adalah kecil, manakala bagi garisan rata adalah besar. Nilai terkecil untuk U ialah1. Jika garis komposisi granulometrik lebih rata, nilai U lebih tinggi. Untuk pasir biasanya U=1-15, untuk tanah liat U=10-90, tetapi dalam kes tanah dengan komposisi yang sangat tidak sekata, U boleh mempunyai nilai yang sangat besar.

Sl.3- Penentuan diameter butiran d60dan d10

Peraturan penapis

Peraturan ini adalah berdasarkan komposisi granulometrik penapis, tugasnya adalah untuk mengurangkan kecerunan hidraulik pada sentuhan antara tanah dan lapisan saliran batu dengan saiz butiran peralihan, untuk mengelakkan pembasuhan zarah tanah kecil oleh air bawah tanah. Syarat asas yang perlu dipenuhi oleh lapisan penapis ialah ia boleh telap air dan stabil. Terdapat beberapa peraturan untuk komposisi penapis, antaranya hanya peraturan Terzaghi yang akan disenaraikan di sini sebagai yang paling terkenal.

Pemerintahan Terzaghi

Peraturan Terzaghi berbunyi: Pembutiran penapis harus sedemikian rupa sehingga butirannya pada kuantiti15%bahagian mengikut berat keseluruhan jisim penapis (F15) menjadi yang terkecil4kali lebih besar daripada zarah tanah paling kasar di mana penuras terletak (berasas) pada jumlah15%bahagian mengikut berat tapak (B15), tanpa lebih besar daripada4kali B85, iaitu saiz zarah terkecil pada85%bahagian mengikut berat tapak. Peraturan ini boleh dinyatakan dengan hubungan: F15/B15 >4dan F15/B85< 4.
Nisbah pertama memastikan kebolehtelapan air penapis, manakala yang kedua menjamin kestabilannya.

Sl.4- Peraturan penapis Terzaghia

Zarah terkecil dan terbesar asas dibentangkan dalam rajah.4garis sempadan1dan2. Garis sempadan penapis ialah3dan4. Keadaan F15 >4_B15_ diwakili oleh titik a pada garis sempadan3, syarat F15< 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Adalah disyorkan bahawa garisan komposisi granulometrik penapis adalah lebih kurang selari dengan garisan komposisi granulometrik asas. Daripada dua garisan ekstrem komposisi granulometrik asas seperti dalam rajah.4, boleh menjadi satu baris butiran purata. Dalam kes itu, mata B15 dan B85 berada pada baris yang sama (seperti dalam rajah.5). Selalunya, perbezaan granulasi antara dasar dan lapisan saliran adalah sedemikian rupa sehingga satu zon penapis tidak mencukupi untuk peralihan antara asas dan lapisan. Dalam kes ini, penapis terdiri daripada beberapa zon penapis, yang ditentukan mengikut peraturan yang sama, sehingga saiz butiran terbesar deposit saliran dicapai.

Sl.5- Contoh pengiraan lapisan penapis

Pembahagian, saiz had dan peraturan di atas dipindahkan daripada sumber sejarah dan bukan pengganti klasifikasi geoteknikal semasa, laporan makmal, reka bentuk penapis atau pelan prestasi. Sistem tanah dan saliran sebenar memerlukan pensampelan yang mewakili, ujian yang sesuai, pemeriksaan air bawah tanah dan permukaan, hakisan dan kestabilan dalaman, serta penilaian oleh pakar yang diberi kuasa mengikut peraturan dan syarat yang berkenaan bagi projek tertentu.