Dzisiaj Savo Kusić koncentruje się na oknach drewnianych, oknach drewniano-aluminiowych, oknach na wymiar, drzwiach i zapytaniach ofertowych. Niniejszy tekst ma charakter archiwum technicznego i nie stanowi oferty projektowania geotechnicznego, badań laboratoryjnych ani robót ziemnych.
Fazy materiałów w glebie
Gleba składa się z trzech faz: stałej, ciekłej i gazowej. Fazę stałą reprezentują cząstki stałe, woda w stanie ciekłym, a fazę gazową – zamknięte powietrze lub para wodna w porach gleby.
Niektóre rodzaje gleby mogą składać się z jednej, dwóch lub trzech faz, co oznacza, że skład gleby może być układem jednofazowym, dwufazowym lub trójfazowym. Właściwości fizyczne gleby zależą od poszczególnych faz.
Grunt niespójny, taki jak całkowicie suchy piasek lub żwir, składa się tylko z jednej fazy – cząstek stałych. Powietrze występujące w porach tej gleby nie jest zamknięte i nie sprzeciwia się ruchowi cząstek stałych, dlatego nie można go uznać za fazę.
Wilgotny grunt spoisty powyżej poziomu wód gruntowych, składający się z cząstek stałych i zamkniętych porów, wypełniony częściowo wodą, a częściowo powietrzem lub parą wodną, jest gruntem układu trójfazowego. W przypadku przemieszczania się ciał stałych woda i powietrze w porach gleby przeciwstawiają się jednocześnie.
Gleba poniżej poziomu wód gruntowych, której pory są całkowicie wypełnione wodą, tak że nie ma w nich powietrza ani pary wodnej, jest układem dwufazowym. Przyjmuje się, że gleba w głębszych warstwach jest układem dwufazowym, gdyż zamknięte powietrze w porach gleby na większych głębokościach nie ma istotnego wpływu na jej właściwości fizyczne, które w tym przypadku zdeterminowane są właściwościami fazy stałej i ciekłej.
Skład granulometryczny
Składniki stałe gleby to materia mineralna lub organiczna o różnej wielkości, od dużych kamyków i bloków o wielkości setek i tysięcy milimetrów po wielkość jednej cząsteczki. Jak wiadomo, cząsteczka to jedna milionowa milimetra, jeden milimikron. Za najmniejszy rozmiar ciał stałych w glebie uważa się 20 m lub mikrony.
Wielkość cząstek stałych gleby ma bardzo duży wpływ na jej właściwości fizyczne. Grubość ta wyraża się składem granulometrycznym, który przedstawia stosunek wielkości poszczególnych ziaren w ich częściach wagowych do całkowitej masy gleby. Podział gleby ze względu na jej skład granulometryczny jest różny w różnych krajach. Nasz podział jest następujący:
Limity wielkości cząstek
Rozmiar 2 mm – granica pomiędzy gruboziarnistym i drobnoziarnistym składem gleby. Cząstki stałe do 2mm wykazują kapilarny wzrost wody w glebie. Gleba gruboziarnista nie ma kapilarności.
Rozmiar 0,2 mm – granica pomiędzy piaskiem gruboziarnistym (ostrym) i drobnoziarnistym (miękkim).
Rozmiar 0,02 mm – granica, do której poszczególne ziarna w glebie można rozpoznać gołym okiem.
Rozmiar 0,002 mm – granica pomiędzy luźną ziemią a gliną
Rozmiar 0,0002 mm – granica gliny i glinki koloidalnej.
Składniki stałe poniżej 0,002 mm mają ogromny wpływ na właściwości fizyczne gleby. Składniki te nadają glebie spójność, a jeśli jest ich w glebie mniej i jest ich więcej, to spójność gleby jest bardziej wyraźna. Jednakże spójność gleby zależy również od składu mineralnego cząstek stałych mniejszych niż 0,002 mm. Jeśli cząstki te powstają w wyniku rozkładu bardzo twardych minerałów, takich jak kwarc, wówczas ich spójność jest bardzo niska lub nie istnieje, a ich absorpcja wody jest również stosunkowo niska. Jeżeli cząstki poniżej 0,002 mm powstały w wyniku rozkładu materiałów ilastych, to mają one właściwości wiążące, które są tym silniejsze, im cząstki są mniejsze, a absorpcja wody przez takie cząstki jest bardzo wysoka.
Skład granulometryczny gleby dostarcza ważnych i wiarygodnych danych na temat niektórych jej właściwości fizycznych. Jeżeli w glebie przeważają cząstki gliny poniżej 0,002 mm, to już można stwierdzić, że gleba taka jest plastyczna, spoista, higroskopijna, o dużej kapilarności, małej przepuszczalności i małym kącie tarcia wewnętrznego.
Skład granulometryczny gleby jest reprezentowany przez linie składu granulometrycznego (rys. 1).
Rys. 1 - Linie składu granulometrycznego gleby: 1 – piasek żwirowy; 2 – piasek pylisty; 3 – pył piaszczysty; 4 – gleba gliniasta; 5-glina
Linia rzędnych składu granulometrycznego pokazuje udział wagowy cząstek stałych mniejszy niż średnica reprezentowana przez odciętą danego punktu. Przykładowo w punkcie A prostej 4 rzędna pokazuje, że znajdują się 92% cząstki mniejsze od 2 mm, a pozostałe 8% są większe od 2 mm.
Klasyfikacja gleby według składu granulometrycznego
Gleby zawierające cząstki stałe większe niż 2 mm klasyfikuje się zgodnie z ogólnym podziałem gleb ze względu na skład granulometryczny, pokazanym na rys. 2. 1. W ten sposób za frakcję podstawową przyjmuje się tę, która jest najliczniej reprezentowana w glebie, a pozostałe stanowią frakcję dodatkową. Przykładowo, jeśli ogólna granulacja gleby to głównie piasek z mniejszą ilością żwiru, to taką glebę zalicza się do piasku żwirowego, podczas gdy przeciwieństwem będzie żwir piaszczysty. W klasyfikacji można także wskazać udziały poszczególnych frakcji w glebie. Na przykład, jeśli gleba zawiera 15% glinę, 45% pył, 30% piasek i 10% żwir, można ją sklasyfikować jako glebę gliniastą zawierającą 15% glinę i 10% żwir.
Jednakże w przypadku gruntów drobnoziarnistych, które zawierają cząstki stałe mniejsze niż 2 mm, klasyfikacja na podstawie ich składu granulometrycznego jest zwykle przeprowadzana według diagramu trójkątnego. Takich diagramów jest kilka, z czego wymienimy najbardziej podstawowy z U.S. Bureau of Soils, ryc. 2.
Rys. 2 — Trójkątny diagram Biura ds. Gleby Stanów Zjednoczonych
Schemat składa się z trzech osi współrzędnych złożonych w trójkąt równoboczny, w którym każda oś reprezentuje jedną frakcję, mianowicie piasek, pył i glinę w procentach wagowych całej masy gleby. Powierzchnia diagramu jest podzielona na strefy 10, z których każda reprezentuje odrębny rodzaj gleby. Każdy bok trójkąta reprezentuje odciętą, z której podnoszone są rzędne równoległe do pozostałych dwóch odciętych.
Każdy punkt na tym diagramie ma współrzędne 3, które reprezentują procent określonej frakcji 3 w danej glebie i określają typ gleby. Na przykład punkt M na diagramie reprezentuje glinę. Uzyskuje się to w ten sposób, że ze schematu składu granulometrycznego ryc. 1 wyznaczamy poszczególne frakcje, którymi w tym przypadku byłyby (linia 4 na rys. 1): 35% glina, 25% pył, 40% piasek, natomiast ilość żwiru 8% jest pomijana, gdyż wynosi mniej niż 10%.
Ta klasyfikacja odnosi się do frakcji piasku, pyłu i żwiru według podziału amerykańskiego, ale nadal jest przyjęta jako taka ze względu na wartości porównawcze i doświadczenie, jakie ma w zakresie takiej klasyfikacji.
Stopień nierówności gleby
Według Allena Hazena stopień nierówności gleby jest stosunkiem (rys. 3)
U=d60/d10
gdzie d60 to średnica ziarna odpowiadająca rzędnej 60%, a d10 to średnica ziarna odpowiadająca rzędnej 10%.
Dla U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
dla U = 5 – 15 gleba ma umiarkowanie nierówny skład,
dla U > 15 gleba ma nierówny skład.
Gdy linia składu granulometrycznego jest stroma, wartość stopnia nierówności U jest mała, natomiast dla linii płaskiej duża. Najmniejsza wartość dla U to 1. Jeżeli linia składu granulometrycznego jest bardziej płaska, wartość U jest większa. Dla piasku jest to najczęściej U=1-15, dla gleb gliniastych U=10-90, ale dla gleb o bardzo nierównym składzie U może przyjmować bardzo wysokie wartości.
Rys. 3 - Wyznaczanie średnicy ziarna d60 i d10
Reguła filtrowania
Zasada ta opiera się na składzie granulometrycznym filtra, którego zadaniem jest zmniejszenie gradientu hydraulicznego na styku gruntu z warstwą drenażową kamieni o przejściową wielkość ziarna, aby zapobiec wymywaniu drobnych cząstek gleby przez wody gruntowe. Podstawowe warunki, jakie powinna spełniać warstwa filtracyjna to to, aby była przepuszczalna dla wody i trwała.
Istnieje kilka zasad kompozycji filtrów, spośród których jako najsłynniejsza zostanie wymieniona jedynie reguła Terzaghiego.
Reguła Terzaghiego
Reguła Terzaghiego brzmi: Uziarnienie filtra powinno być takie, aby jego ziarna w ilości 15% części wagowych całej masy filtra (F15) były co najmniej 4 razy większe od największych cząstek gruntu, na którym spoczywa filtr (zasad) w ilości 15% części wagowe podstawy (B15), nie większe niż 4 razy B85, tj. rozmiary najmniejszych cząstek przy 85% części wagowych podstawy. Regułę tę można wyrazić zależnościami:
f15/B15 > 4 i F15/B85 < 4.
Pierwszy współczynnik zapewnia przepuszczalność wody przez filtr, natomiast drugi gwarantuje jego stabilność.
Rys. 4 - Reguła filtra Terzaghia
Najmniejsze i największe cząstki zasady przedstawiono na ryc. 4 linie graniczne 1 i 2. Linie graniczne filtra to 3 i 4. Warunek F15 > 4_B15_ jest reprezentowany przez punkt a na linii granicznej 3, warunek F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Zaleca się, aby linia składu granulometrycznego filtra była w przybliżeniu równoległa do linii składu granulometrycznego podłoża.
Zamiast dwóch skrajnych linii składu granulometrycznego bazy jak na rys. 4, może oznaczać jedną linię średniej granulacji. W takim przypadku punkty B15 i B85 leżą na tej samej linii (jak na rys. 5).
Najczęściej różnica w granulacji pomiędzy podłożem a warstwą drenażową jest taka, że jedna strefa filtracyjna nie wystarcza do przejścia pomiędzy podłożem a warstwą. W tym przypadku filtr składa się z kilku stref filtracyjnych, które wyznacza się według tej samej zasady, aż do osiągnięcia największego uziarnienia osadu drenażowego.
Rys. 5 - Przykład obliczenia warstw filtrów
Wymienione podziały, dopuszczalne wielkości i zasady zostały przeniesione ze źródła historycznego i nie zastępują aktualnej klasyfikacji geotechnicznej, raportu laboratoryjnego, projektu filtra ani planu działania. Rzeczywista gleba i system odwadniający wymagają reprezentatywnych próbek, odpowiednich testów, sprawdzenia wód podziemnych i powierzchniowych, erozji i stabilności wewnętrznej, a także oceny przez upoważnionego eksperta zgodnie z obowiązującymi przepisami i warunkami konkretnego projektu.