Faser av material i jord och granulometrisk sammansättning

Idag är Savo Kusić fokuserad på träfönster, trä-aluminiumfönster, anpassade fönster, dörr och offertförfrågningar. Denna text finns kvar som tekniskt arkiv och är inte ett erbjudande om geoteknisk design, laboratorieprovning eller markarbeten.

Materialfaser i jorden

Mark består av tre faser: fast, flytande och gasformig. Den fasta fasen representeras av fasta partiklar, flytande vatten och den gasformiga fasen av sluten luft eller vattenånga i markens porer.
Vissa typer av jord kan bestå av en, två eller tre faser, vilket innebär att sammansättningen av jorden kan vara enfas, tvåfas eller trefas. Jordens fysikaliska egenskaper beror på enskilda faser.
Osammanhängande jord, som helt torr sand eller grus, består av endast en fas - fasta partiklar. Luften som finns i den markens porer är inte stängd och motverkar inte rörelsen av fasta partiklar, så det kan inte betraktas som en fas. Fuktig sammanhängande jord ovanför grundvattennivån, som består av fasta partiklar och slutna porer, fyllda dels med vatten och dels med luft eller vattenånga, är trefassystemets jord. Vid rörliga fasta ämnen motsätts samtidigt vatten och luft i markens porer. Marken under grundvattennivån, vars porer är helt fyllda med vatten, så att det inte finns någon luft eller vattenånga i dem, är ett tvåfassystem. Jorden i de djupare lagren antas vara av ett tvåfassystem, eftersom den slutna luften i markens porer på större djup inte har någon nämnvärd effekt på dess fysikaliska egenskaper, som i så fall bestäms av egenskaperna hos den fasta och flytande fasen.

Granulometrisk sammansättning

Fasta jordbeståndsdelar är mineral eller organiskt material av olika storlekar, allt från stora småstenar och block, flera hundra och tusentals millimeter stora till storleken på en molekyl. Som ni vet är en molekyl en miljondels millimeter, en millimikron. Den minsta storleken av fasta jordämnen anses vara 20 meller mikron.
Tjockleken på fasta jordpartiklar har en mycket stor inverkan på dess fysikaliska egenskaper. Denna grovhet uttrycks av den granulometriska sammansättningen, som representerar förhållandet mellan individuella kornstorlekar genom deras viktdelar och jordens totala vikt. Indelningen av jord enligt dess granulometriska sammansättning är olika i olika länder. Vår indelning är följande:

Gränser för partikelstorlek

Storlek2 mm- gränsen mellan grovkornig och finkornig jord. Fasta partiklar på upp till2mmvisa den kapillära stigningen av vatten i jorden. Den grovkorniga jorden har ingen kapilläritet. Storlek0,2 mm– gräns mellan grovkornig (skarp) och finkornig (mjuk) sand. Storlek0,02 mm- gränsen upp till vilken enskilda korn i jorden kan kännas igen med blotta ögat. Storlek0,002 mm– gräns mellan lös jord och lera Storlek0,0002 mm– gränsen mellan lera och kolloidal lera. Fasta beståndsdelar under 0,002 mm har stor inverkan på jordens fysikaliska egenskaper. Dessa ingredienser ger sammanhållning till jorden, och om de är mindre och rikligare i jorden, desto mer sammanhållen är jorden. Jordsammanhållningen beror dock också på mineralsammansättningen av fasta partiklar som är mindre än 0,002 mm. Om dessa partiklar bildas genom nedbrytning av mycket hårda mineraler såsom kvarts, är deras sammanhållning mycket låg eller obefintlig, och deras vattenabsorption är också relativt låg. Om partiklarna under 0,002 mm skapades genom nedbrytning av lermaterial, så har de bindningsegenskaper som är desto starkare om partiklarna är mindre, medan vattenabsorptionen av sådana partiklar är mycket hög.
Den granulometriska sammansättningen av jord ger viktiga och tillförlitliga data om några av dess fysiska egenskaper. Om lerpartiklar under 0,002 mm råder i jorden, kan man redan dra slutsatsen att sådan jord är plastisk, koherent, hygroskopisk, med hög kapilläritet, låg permeabilitet och har en låg inre friktionsvinkel.
Den granulometriska sammansättningen av jorden representeras av linjerna i den granulometriska sammansättningen (fig. 1).

Sl.1- Linjer med granulometrisk jordsammansättning:1- grusig sand;2- dammig sand;3- sandigt damm;4- lerjord;5- lera

Ordinaterna för de granulometriska sammansättningslinjerna visar viktandelen av fasta partiklar som är mindre än diametern som representeras av abskissan för den givna punkten. Till exempel vid punkt A på linjen4ordinatan visar att det finns92%partikelstorlek mindre än2 mm, och att de återstående8%storlek över2 mm.

Jordklassificering enligt granulometrisk sammansättning

Jordar som innehåller fasta partiklar över2 mmklassificeras enligt den allmänna uppdelningen av jorden efter granulometrisk sammansättning, som visas i fig.1. Därvid antas den som är mest representerad i jorden som grundfraktion, medan de övriga är tillägg. Till exempel, om den allmänna granuleringen av jorden mestadels är sand med en mindre mängd grus, så klassificeras sådan jord som grusig sand, medan motsatsen skulle vara sandig grus. I klassificeringen kan också de enskilda fraktionernas andelar i jorden anges. Om till exempel en jord innehåller15%lera,45%damm,30%sand och10%grus kan det klassas som lerjord med15%lera och10%grus. Men för finkorniga jordar som innehåller fasta partiklar mindre än2 mm, klassificeringen baserat på deras granulometriska sammansättning görs oftast enligt ett triangulärt diagram. Det finns flera sådana diagram, av vilka vi kommer att lista den mest grundläggande från U.S. Bureau of Soils, fig.2.

Sl.2- Triangulärt diagram från U.S. Soil Bureau

Diagrammet består av tre koordinataxlar arrangerade i en liksidig triangel, där varje axel representerar en fraktion, nämligen sand, damm och lera i viktprocent av hela jordmassan. Diagrammets area är indelad i10zon, som var och en representerar en separat typ av jord. Varje sida av triangeln representerar en abskiss från vilken ordinaterna parallella med de andra två abskissorna höjs. Varje punkt i detta diagram har3koordinater som representerar de angivna procenttalen3fraktioner i en given jord och bestäm vilken typ av jord. Så, till exempel, punkt M på diagrammet representerar lera. Den erhålls på det sättet att från diagrammet över den granulometriska sammansättningen fig.1bestämma enskilda fraktioner, vilket i detta fall skulle vara (rad4i fig.1):35%lera,25%damm,40%sand, där mängden av8%grus eftersatt eftersom det uppgår till mindre än10%. Denna klassificering hänvisar till fraktionerna av sand, damm och grus enligt den amerikanska divisionen, men den används fortfarande som sådan på grund av de jämförande värden och erfarenhet den har med en sådan klassificering.

Grad av ojämnhet i jorden

Enligt Allen Hazen är graden av markojämnhet förhållandet (fig. 3)

U=d60/d10

där d60 är korndiametern som motsvarar ordinatan 60%, och d10 är korndiametern som motsvarar ordinatan 10%.
För U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
för U = 5 – 15 har jorden måttligt ojämn sammansättning, za U > 15 jorden har en ojämn sammansättning.
När linjen med granulometrisk sammansättning är brant är värdet på graden av ojämnhet U litet, medan det för en platt linje är stort. Det minsta värdet för U är 1. Om linjen med granulometrisk sammansättning är mer platt är värdet på U högre. För sand är det oftast U=1-15, för leriga jordar U=10-90, men för jordar med mycket ojämn sammansättning kan U ha mycket höga värden.

Sl.3- Bestämning av korndiameter d60och d10

Filterregel

Denna regel är baserad på den granulometriska sammansättningen av filtret, vars uppgift är att minska den hydrauliska gradienten vid kontakten mellan jorden och stendräneringsskiktet med övergångskornstorleken, för att förhindra tvättning av små jordpartiklar med grundvatten. De grundläggande villkoren som filterskiktet ska uppfylla är att det är vattengenomsläppligt och stabilt. Det finns flera regler för sammansättningen av filter, bland vilka endast Terzaghis regel kommer att listas här som den mest kända.

Terzaghis regel

Terzaghis regel lyder: Granuleringen av filtret bör vara sådan att dess korn i den kvantitet15%viktdelar av hela filtermassan (F15) vara minst4gånger större än de grövre jordpartiklarna som filtret vilar (baser) på vid den mängd15%av viktdelar av basen (B15), utan att vara större än4gånger B85, det är storleken på de minsta partiklarna vid85%viktdelar av basen. Denna regel kan uttryckas av relationerna: F15/B15 >4och F15/B85< 4.
Det första förhållandet säkerställer filtrets vattenpermeabilitet, medan det andra garanterar dess stabilitet.

Sl.4- Filterregeln för Terzaghia

De minsta och största partiklarna i basen presenteras i fig.4gränslinjer1och2. Filtrets gränslinjer är3och4. Skick F15 >4_B15_ representeras av punkt a på gränslinjen3, tillstånd F15< 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Det rekommenderas att linjen för filtrets granulometriska sammansättning är ungefär parallell med linjen för basens granulometriska sammansättning. Istället för två extrema linjer av den granulometriska sammansättningen av basen som i fig.4, kan vara en linje med genomsnittlig ådring. I så fall, punkterna B15 och B85 är på samma linje (som i fig.5). Oftast är skillnaden i granulering mellan basen och dräneringsskiktet sådan att en filterzon inte räcker till för övergången mellan basen och skiktet. I detta fall består filtret av flera filterzoner, som bestäms enligt samma regel, tills den största kornstorleken på dräneringsavlagringen uppnås.

Fig. 5 - Exempel på beräkning av filterlager

De listade indelningarna, gränsstorlekarna och reglerna överförs från en historisk källa och är inte en ersättning för en aktuell geoteknisk klassificering, laboratorierapport, filterdesign eller prestandaplan. Det faktiska mark- och dräneringssystemet kräver representativ provtagning, lämpliga tester, kontroll av underjords- och ytvatten, erosion och inre stabilitet, samt en bedömning av en auktoriserad expert enligt gällande regler och villkor för det specifika projektet.