Struktura e tokës
Me strukturën e tokës nënkuptohet shpërndarja e fazës së ngurtë në masën e dheut. Siç dihet, toka përbëhet nga grimca të ngurta dhe pore të mbushura me ujë, ajër ose avull uji, më së shpeshti pjesërisht me ajër e pjesërisht me ujë. Sipas shpërndarjes së grimcave të ngurta në tokë përcaktohet struktura e saj. Strukturat e tokës së pandërthurur dhe të ndërthurur dallojnë ndjeshëm nga njëra-tjetra.
Struktura e tokës së pandërthurur
Struktura e tokës së pandërlidhur formohet nën veprimin e gravitetit. Grimcat e ngurta të kësaj toke janë më të mëdha dhe bien poshtë, depozitohen nën veprimin e gravitetit, ndërsa forcat ndërmolekulare tërheqëse të këtyre grimcave nuk ekzistojnë ose janë të papërfillshme dhe mposhten nga graviteti. Për këtë arsye, te toka e pandërlidhur grimcat e ngurta vendosen njëra pranë tjetrës, duke zënë hapësirën e lirë midis grimcave të renditura (fig. 1_a_). Nëse grimcat e tokës së pandërlidhur janë afërsisht të rrumbullakëta dhe me të njëjtën madhësi, siç mund të jetë rasti i rërës me përbërje të njëtrajtshme, atëherë struktura mund të jetë më e dendur (fig. 1_b_) ose më e rrallë (fig. 1_c_), varësisht nga renditja e grimcave të ngurta në tokë. Struktura më e dendur i përgjigjet mundësisë më të madhe të ngjeshjes së tokës së pandërlidhur dhe poroziteti i saj është nmin=26%. Struktura më e rrallë i përgjigjet ngjeshjes më të vogël të mundshme të tokës së pandërlidhur dhe poroziteti i saj është nmax=48%. Kështu, për shembull, rëra e lirshme e dunave ka n=47%.
Fig. 1 Struktura e tokës jo të lidhur
Nëse toka jo e lidhur ka grimca me madhësi të ndryshme, në mënyrë që grimcat më të imta të mbushin boshllëqet midis më të mëdhave (fig. 2), poroziteti i tokës është dukshëm më i vogël (n=20% dhe më pak).
Sl. 2. Struktura e tokës së pandërlidhur me madhësi të ndryshme kokrrizash
Struktura e tokës së lidhur
Te toka e lidhur struktura është e ndryshme nga ajo e tokës jo të lidhur. Te toka e lidhur shfaqen forca kohezioni, të cilat janë më të forta se forca e gravitetit të grimcave të imëta dhe i ngjisin ato në sipërfaqet e kontaktit. Për këtë arsye këto grimca nuk bien njëra pas tjetrës poshtë, por mbeten të ngjitura njëra mbi tjetrën dhe njëra pranë tjetrës (fig. 3_a_), duke krijuar kështu një strukturë zinxhirore në formë rrjete (fig. 3_b_), të pushit (fig. 3_c_) etj., të cilat quhen struktura të rendit më të lartë. Struktura të tilla kanë porozitet të madh, që mund të arrijë në 60-80% të masës totale, gjë që nuk mund të ndodhë te toka jo e lidhur.
Fig. 3. Struktura e tokës së lidhur
Poroziteti dhe koeficienti i porozitetit
Poroziteti i tokës përkufizohet si raporti i vëllimit të poreve ndaj vëllimit të përgjithshëm të tokës (fig. 4).
Fig. 4. Poroziteti dhe koeficienti i porozitetit të tokës
Nëse e shënojmë me
- Vp = vëllimi i poreve në tokë
- Vm = vëllimin e grimcave të ngurta
- V = vëllimin e përgjithshëm të tokës,
poroziteti i tokës n është sipas përkufizimit
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
përkatësisht në % të vëllimit të përgjithshëm të tokës
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Koeficienti i porozitetit të tokës përcaktohet si raporti i vëllimit të poreve ndaj vëllimit të grimcave të ngurta:
e = VP / Vm.
Nga formula për porozitetin n kemi:
nVP + nVm = VP, prej nga del Vm = VP(1-n) / n.
Duke e zëvendësuar këtë vlerë në shprehjen për e marrim
e = n / (1-n).
Nga kjo ekuacion marrim
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Koeficienti i porozitetit tregon dendësinë e tokës. Sa më i madh të jetë koeficienti e, aq më e vogël është dendësia e tokës dhe anasjelltas. Nëse një tokë e ngjeshshme nën ngarkesë ulet, me anë të koeficientit të porozitetit para dhe pas uljes mund të përcaktohet madhësia e uljes Δ_h_.
Le të shqyrtojmë një shtresë toke të ngjeshshme me trashësi h (fig. 5_a_). Nëse kjo shtresë ngarkohet, ajo do të ulet për një lartësi Δ_h_, kështu që trashësia e saj nën veprimin e ngarkesës do të zvogëlohet në h1. Prandaj
Δ_h_ = h – h1.
Meqë ulja e tokës së ngjeshshme kryhet në kurriz të poreve, sepse grimcat e ngurta janë praktikisht të pangjeshshme, ashtu si edhe uji, nëse poret e tokës janë të mbushura pjesërisht ose plotësisht me të, kjo ulje mund të paraqitet skematikisht në fig. 5_b_.
Fig. 5. Ulja Δh e shtresës së ngjeshshme të tokës me trashësi h nën ngarkesë
Nëse me h0 shënojmë lartësinë e imagjinuar të shtresës së grimcave të ngurta pa pore, të quajtur lartësi e reduktuar, atëherë mund ta shprehim uljen Δ_h_ në raport me lartësinë e reduktuar h0 me marrëdhënien:
Nëse vëzhgojmë një shtresë toke me gjerësi dhe gjatësi të barabarta me një njësi, atëherë lartësitë h, h1 dhe h0 përfaqësojnë vëllime, dhe pra është
ku e është koeficienti i porozitetit para, e1 pas uljes. Nga sa më sipër fitohet ulja
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Ulja mund të shprehet në raport me lartësinë e shtresës h para uljes nëse zëvendësojmë vlerën e lartësisë së reduktuar h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
pasi n = VP / V = VP / h_,_ nga ku VP = nh.
Prandaj fitohet
Llojet e veçanta të tokës kanë këto vlera mesatare të porozitetit n dhe të koeficientit të porozitetit e:
Lagështia e tokës
Llojet e ujit në tokë
Uji në tokë paraqitet në formën e ujit në poret midis grimcave të ngurta, i ashtuquajturi ujë poror, pastaj si ujë i adsorbuar në grimcat e ngurta dhe si ujë konstitucional.
Uji poror përbëhet nga uji i lirë ndërmjet grimcave të ngurta, lëvizja e të cilit kryhet sipas ligjit të Darcy-t, pastaj uji gravitacional, i cili lëviz nën veprimin e gravitetit nga lart poshtë në të gjitha drejtimet, por lëvizja e tij nuk kryhet sipas ligjit të Darcy-t, uji kapilar që lëviz nën veprimin e forcave kapilare dhe uji i tensionit sipërfaqësor, që mbahet nga tensioni sipërfaqësor në qoshet midis grimcave të ngurta të tokës dhe quhet edhe ujë poror këndor. I gjithë ky ujë mund të hiqet plotësisht duke e tharë tokën në temperaturën prej 110oC.
Uji i adsorbuar është ai që mbështjell grimcat e ngurta, me të cilat është i lidhur me forca molekulare. Ky është i ashtuquajturi film ujor, trashësia e të cilit varion 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Ndikimi i ujit të adsorbuar te grimcat më të mëdha është i papërfillshëm, megjithatë sa më të imta të jenë grimcat aq më i madh është ndikimi i tij, sepse rritet sipërfaqja e përgjithshme e grimcave dhe kështu edhe raporti i ujit të adsorbuar ndaj grimcave të ngurta në njësinë e vëllimit të tokës. Ky ujë mund të hiqet vetëm pjesërisht me tharje në 110oC.
Uji konstitucional është i lidhur kimikisht në kristalet e mineraleve të grimcave të ngurta të tokës. Ky ujë ka shumë pak dhe nuk mund të hiqet me tharjen e tokës. Prandaj ky ujë mund të konsiderohet si pjesë përbërëse e grimcës së ngurtë.
Sasia e ujit në tokë
Sipas përkufizimit, sasia e ujit në tokë ose lagështia e tokës është raporti i peshës së ujit të përmbajtur në tokë me peshën e përbërësve të saj të ngurtë. Sipas sasisë së ujit në tokë dallohen tre raste: toka plotësisht e ngopur me ujë, toka pjesërisht e ngopur me ujë dhe toka plotësisht e thatë.
Toka plotësisht e ngopur me ujë
Nëse shënojmë me n porozitetin e tokës, me γs peshën vëllimore të të gjitha grimcave, me γw peshën vëllimore të ujit, atëherë lagështia e tokës së ngopur wZ mund të shprehet me ekuacionin vijues
Toka e ngopur pjesërisht me ujë
Nëse shënojmë me Ww peshën e ujit të përmbajtur në tokë, me Wd peshën e grimcave të ngurta, përkatësisht peshën e thatë të tokës, atëherë lagështia e tokës w
w = Ww / Wd , përkatësisht në përqindje të peshës së thatë të tokës: w = 100 Ww / Wd.
Në këtë rast, lagështia e tokës mund të shprehet me shkallën e lagështisë Sr që paraqet raportin e peshës reale të ujit në tokë me atë peshë të ujit në të njëjtën tokë që do të kishte po të gjitha poret të ishin të mbushura me ujë, përkatësisht me peshën e ujit të tokës së ngopur:
përkatësisht për _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Vlerat kufi për shkallën e lagështisë janë:
- për tokë krejtësisht të thatë w = 0; Sr = 0
- për tokë plotësisht të ngopur w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Fig. 6. Mostra e tokës e ngopur pjesërisht me ujë
Shkalla e ngopjes (e cila ndonjëherë quhet edhe ngopje ose shkallë lagështie) shprehet gjithashtu me raportin e vëllimit të poreve të mbushura me ujë ndaj vëllimit të përgjithshëm të poreve (fig. 6):
Sr = V2 / V1
ku V2 është vëllimi i poreve të mbushura me ujë, V1 vëllimi i përgjithshëm i poreve të mbushura me ujë, ajër dhe gaze. Nëse w është lagështia e tokës në % të peshës së thatë të tokës Wd, atëherë kemi
V2 * γW = w Wd, prej nga del se V2 = w Wd / γw.
Nga ana tjetër, kemi që V1 = V – Vd, dhe meqë Vd * γs = Wd, atëherë është
Vd = Wd / γs dhe V1 = V – Wd / γs.
Prandaj, shkalla e ngopjes së tokës Sr do të jetë
përkatësisht në përqindje të peshës së thatë të tokës
Toka plotësisht e thatë
Në këtë rast w = 0. I gjithë uji i poreve është hequr, ndërsa uji i adsorbuar është hequr vetëm pjesërisht, pra filmi ujor ende ekziston, por trashësia e tij është zvogëluar.