மண் அமைப்பு
மண்ணின் அமைப்பு என்பது மண்ணுத் திரளில் திண்ம கட்டத்தின் ஒழுங்கமைப்பைக் குறிக்கும். அறியப்பட்டதுபோல், மண் திண்மத் துகள்களும், நீர், காற்று அல்லது நீராவியால் நிரம்பிய துளைகளும் கொண்டது; பெரும்பாலும் ஒரு பகுதி காற்று, ஒரு பகுதி நீர் ஆக இருக்கும். மண்ணில் உள்ள திண்மத் துகள்களின் அமைவின் அடிப்படையில் அதன் அமைப்பு நிர்ணயிக்கப்படுகிறது. கட்டுப்பாடற்ற மண் மற்றும் கட்டுப்பட்ட மண்ணின் அமைப்புகள் ஒன்றுக்கொன்று குறிப்பிடத்தக்க வகையில் வேறுபடுகின்றன.
கட்டுப்பாடற்ற மண்ணின் அமைப்பு
இணைக்கப்படாத மண்ணின் அமைப்பு ஈர்ப்பு விசையின் தாக்கத்தில் உருவாகிறது. இந்த மண்ணின் திடத் துகள்கள் பெரியவையாக இருந்து கீழ்நோக்கி விழுந்து, ஈர்ப்பு விசையின் தாக்கத்தில் படிவடைகின்றன; இத்தகைய துகள்களின் இடையணு ஈர்ப்பு விசைகள் இல்லை அல்லது மிகக் குறைவாக இருந்து, ஈர்ப்பு விசையால் மீறப்படுகின்றன. எனவே, இணைக்கப்படாத மண்ணில் திடத் துகள்கள் ஒன்றுக்கொன்று அடுத்ததாக அமைந்து, அடுக்கப்பட்ட துகள்களுக்கிடையிலான காலியிடத்தை நிரப்புகின்றன (படம் 1_a_). இணைக்கப்படாத மண்ணின் துகள்கள் சுமார் வட்டமான வடிவிலும் ஒரே அளவிலும் இருந்தால், ஒரே அமைப்புடைய மணல் போல இருக்கக்கூடிய நிலையில், அமைப்பு மிக அதிக அடர்த்தியுடையதாக (படம் 1_b_) அல்லது மிகக் குறைந்த அடர்த்தியுடையதாக (படம் 1_c_) இருக்கலாம்; இது மண்ணிலுள்ள திடத் துகள்களின் அமைவிடத்தைப் பொறுத்தது. மிக அதிக அடர்த்தியுடைய அமைப்பு இணைக்கப்படாத மண்ணின் மிக உயர்ந்த சுருக்கத்தன்மையை குறிக்கிறது, அதன் துளைத்தன்மை nmin=26%. மிகக் குறைந்த அடர்த்தியுடைய அமைப்பு இணைக்கப்படாத மண்ணின் மிகக் குறைந்த சுருக்கத்தன்மையை குறிக்கிறது, அதன் துளைத்தன்மை nmax=48%. உதாரணமாக, தளர்ந்த மணற்குன்று மணலின் n=47% ஆகும்.
பட. 1 இணைக்கப்படாத மண்ணின் அமைப்பு
இணைக்கப்படாத மண் துகள்களின் அளவுகள் வேறுபட்டிருந்தால், சிறிய துகள்கள் பெரிய துகள்களுக்கிடையிலுள்ள வெற்றிடங்களை நிரப்பும் வகையில் (படம். 2), மண்ணின் துளையுணர்வு குறிப்பிடத்தக்க அளவில் குறைவாக இருக்கும் (n=20% மற்றும் அதற்கு குறைவு).
படம் 2. விவித துகளளவுகளைக் கொண்ட இணைக்கப்படாத மண்ணின் அமைப்பு
இணைக்கப்பட்ட மண்ணின் அமைப்பு
பிணைக்கப்பட்ட மண்ணில் அமைப்பு, பிணைப்பில்லாத மண்ணைவிட வேறுபட்டதாகும். பிணைக்கப்பட்ட மண்ணில் ஒட்டும் விசைகள் தோன்றுகின்றன; அவை சிறிய துகள்களின் ஈர்ப்பு விசையைவிட வலிமையானவை மற்றும் தொடும் மேற்பரப்புகளில் அவற்றை ஒன்றுடன் ஒன்றாக ஒட்டவைக்கின்றன. அதனால் இந்தத் துகள்கள் வரிசையாக கீழே விழுவதில்லை; மாறாக, அவை ஒன்றின் மீது ஒன்று மற்றும் ஒன்றின் அருகில் ஒன்று ஒட்டியபடி இருக்கின்றன (படம் 3_a_), இதனால் சங்கிலி-வலை போன்ற அமைப்பு (படம் 3_b_), துகள்தொகை போன்றது (படம் 3_c_) முதலியவை உருவாகின்றன; இவை உயர் வரிசை அமைப்புகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. இத்தகைய அமைப்புகளுக்கு பெரிய துளையமைப்பு உள்ளது; அது மொத்த நிறையின் 60-80% வரை செல்லலாம், இது பிணைப்பில்லாத மண்ணில் இருக்க முடியாது.
படம் 3. ஒட்டிய மண்ணின் அமைப்பு
துளையமைப்பு மற்றும் துளையமைப்பு குணகம்
மண்ணின் துளைத்தன்மை என்பது துளைகளின் அளவு மொத்த மண் அளவிற்கு உள்ள விகிதமாக வரையறுக்கப்படுகிறது (படம் 4).
படம் 4. மண்ணின் துளையுண்மை மற்றும் துளையுண்மை குணகம்
நாம் … எனக் குறித்தால்
- Vp = மண்ணிலுள்ள துளைகளின் அளவு
- Vm = திடத் துகள்களின் அளவாகும்
- V = மண்ணின் மொத்த அளவு,
மண்ணின் துளைத்தன்மை n வரையறைப்படி
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
அதாவது மண்ணின் மொத்த பருமனின் % ஆக
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
மண்ணின் துளையாக்கக் குணகம், துளைகளின் பருமன் மற்றும் திட துகள்களின் பருமன் ஆகியவற்றின் விகிதமாக வரையறுக்கப்படுகிறது:
e = VP / Vm.
துளைச்சத்து _n_க்கான வடிவத்தில் இருந்து நமக்கு உள்ளது:
nVP + nVm = VP, இங்கிருந்து Vm = VP(1-n) / n.
e க்கான சூத்திரத்தில் இந்த மதிப்பை மாற்றினால், நாம் பெறுவது
e = n / (1-n).
இந்த சமன்பாட்டிலிருந்து நாம் பெறுகிறோம்
e - ne = n; n = e / (1 + e).
போரோசிட்டி குணகம் மண்ணின் அடர்த்தியை காட்டுகிறது. e குணகம் அதிகமாக இருந்தால், மண்ணின் அடர்த்தி குறைவாக இருக்கும்; அதற்குப் புரட்டாகவும் அதே. சுருங்கக்கூடிய ஒரு மண் சுமை காரணமாக அமர்ந்தால், அமர்வுக்கு முன் மற்றும் பின் உள்ள போரோசிட்டி குணகத்தின் உதவியால் அமர்வு அளவு Δ_h_-ஐ நிர்ணயிக்க முடியும்.
தடிப்பு h உடைய சுருங்கக்கூடிய மண் அடுக்கைக் கவனிப்போம் (படம் 5_a_). இந்த அடுக்குக்கு சுமை இடப்பட்டால், அது Δ_h_ உயரம் அளவுக்கு அமரும்; இதனால் சுமை காரணமாக அதன் தடிப்பு h1 ஆக குறையும். அதன்படி
Δ_h_ = h – h1.
அடர்த்தி கொள்ளக்கூடிய மண்ணின் அமர்வு துளைகளின் செலவில் நிகழ்வதால், உறுதியான துகள்கள் நடைமுறையில் அமுக்கமுடியாதவை; மண்ணின் துளைகள் நீரால் பகுதியளவு அல்லது முழுமையாக நிரம்பியிருந்தால், நீரும் அதேபோல் அமுக்கமுடியாதது. ஆகையால் இந்த அமர்வை திட்டவட்டமாக படம் 5_b_ இல் காட்டலாம்.
பட. 5. சுமை காரணமாக h தடிமனுள்ள சுருக்கத்தக்க மண் அடுக்கின் இறக்கம் Δh
h0 என்பதைக் கொட்டைகள் இல்லாத திட துகள்கள் அடுக்கின் கற்பனை உயரமாக, அதாவது குறைத்த உயரம் எனக் குறித்தால், பின்னர் தாழ்வை Δ_h_ குறைத்த உயரம் h0 உடன் பின்வரும் உறவால் வெளிப்படுத்தலாம்:
மண் அடுக்கின் அகலமும் நீளமும் ஒன்றுக்கு சமம் எனக் கருதினால், அப்பொழுது h, h1 மற்றும் h0 உயரங்கள் பருமன்களை பிரதிநிதித்துவப்படுத்தும்; ஆகவே
அங்கு e என்பது முன் நிலையில் உள்ள துளையுணர்வு மாறிலி, e1 என்பது அமர்வு பின்னர். மேலுள்ளதிலிருந்து அமர்வு பெறப்படுகிறது
Δ_h_ = h0 (e-e1).
sagging can be expressed in relation to the layer height h before sagging if we substitute the reduced height value h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
ஏனெனில் n = VP / V = VP / h_, அதனால் VP = nh.
இதனால் பெறப்படுகிறது
சில மண் வகைகளுக்கு பின்வரும் சராசரி துளைமை n மற்றும் துளைமைக் குணகம் e மதிப்புகள் உள்ளன:
மண்ணின் ஈரப்பதம்
மண்ணில் உள்ள நீரின் வகைகள்
மண்ணில் உள்ள நீர், திண்மத் துகள்களுக்கு இடையிலுள்ள துளைகளில் உள்ள நீராக, அதாவது துளை நீர் எனவும், பின்னர் திண்மத் துகள்களின் மேல் உறிஞ்சப்பட்ட நீர் ஆகவும், மேலும் அமைப்புச் நீர் ஆகவும் தோன்றுகிறது.
துளை நீர் என்பது திடத் துகள்களுக்கிடையேயுள்ள சுதந்திர நீர், இதன் இயக்கம் Darcy விதிப்படி நடைபெறும்; பின்னர் ஈர்ப்பு நீர், இது ஈர்ப்புச் சக்தியின் கீழ் மேலிருந்து கீழாக எல்லாத் திசைகளிலும் நகர்கிறது, ஆனால் அதன் இயக்கம் Darcy விதிப்படி நடைபெறாது; கேபிலரி நீர், இது கேபிலரி விசைகளின் செயலால் நகர்கிறது; மேலும் மேற்பரப்பு இழுவிசை நீர், இது மண் திடத் துகள்களுக்கிடையேயான மூலைகளில் மேற்பரப்பு இழுவிசையால் தங்கி இருக்கும்; இதை மூலைத் துளை நீர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. இந்த அனைத்து நீரும், மண்ணை 110oC வெப்பத்தில் உலர்த்துவதன் மூலம் முழுமையாக நீக்கலாம்.
உறிஞ்சப்பட்ட நீர் என்பது திண்ம துகள்களைச் சூழ்ந்து, அவற்றுடன் மூலக்கூறு விசைகளால் இணைந்திருப்பதாகும். இது所谓 நீர்த் திரைப்படம்; அதன் தடிமன் 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, மிலிமைக்ரான்) ஆக மாறுகிறது. பெரிய துகள்களில் உறிஞ்சப்பட்ட நீரின் தாக்கம் கணிசமற்றது; எனினும் துகள்கள் நுண்மையானவை ஆகும் ככל, அதன் தாக்கம் அதிகமாகும், ஏனெனில் துகள்களின் மொத்த மேற்பரப்பு அதிகரிப்பதால், மண்ணின் ஒரு கொள்ளளவுக்குள் உள்ள திண்மத் துகள்களுடன் ஒப்பிடும்போது உறிஞ்சப்பட்ட நீரின் விகிதமும் அதிகரிக்கிறது. இந்த நீரை 110oC இல் உலர்த்துவதன் மூலம் பகுதியாக மட்டுமே அகற்ற முடியும்.
அமைப்புச் நீர் என்பது மண் திண்ம துகள்களின் கனிமப் படிகங்களில் வேதியியலாக இணைந்திருக்கும் நீராகும். இத்தகைய நீர் மிகக் குறைவாகவே உள்ளது, மேலும் மண்ணை உலர்த்துவதால் அதை அகற்ற முடியாது. எனவே இந்த நீரை திண்ம துகளின் ஒரு அங்கமாகக் கருதலாம்.
மண்ணில் உள்ள நீரின் அளவு
வரையறைப்படி, மண்ணில் உள்ள நீரின் அளவு அல்லது மண் ஈரப்பதம் என்பது, மண்ணில் உள்ள நீரின் எடையையும் அதன் திடக் கூறுகளின் எடையையும் கொண்ட விகிதமாகும். மண்ணில் உள்ள நீரளவின்படி மூன்று நிலைகள் வேறுபடுகின்றன: முழுமையாக நீரால் நிரம்பிய மண், பகுதியளவில் நீரால் நிரம்பிய மண், மற்றும் முழுமையாக உலர்ந்த மண்.
முழுமையாக நீரால் நிறைவுற்ற மண்
n என மண்ணின் துளைநிறைவை, γs என அனைத்து துகள்களின் அளவுச் எடையை, γw என நீரின் அளவுச் எடையை குறித்தால், நிறைவு பெற்ற மண்ணின் ஈரப்பதம் wZ ஐ பின்வரும் சமன்பாட்டால் வெளிப்படுத்தலாம்
மண் பகுதியளவில் நீரால் நிரம்பியது
Ww என மண்ணில் உள்ள நீரின் எடையையும், Wd என உறை துகள்களின் எடையையும், அதாவது மண்ணின் உலர் எடையையும் குறிப்பிட்டால், அப்போது மண்ணின் ஈரப்பதம் w
w = Ww / Wd , அதாவது மண்ணின் உலர் எடையின் சதவீதமாக: w = 100 _Ww / Wd.
இந்த நிலையில், மண் ஈரப்பதத்தை ஈரப்பத அளவு Sr மூலம் வெளிப்படுத்தலாம்; இது மண்ணில் உள்ள உண்மையான நீரின் எடையையும், அதே மண்ணில் உள்ள அனைத்து இடைவெளிகளும் நீரால் நிரம்பியிருந்தால் இருக்கும் நீரின் எடையையும், அதாவது நீர்-நிரம்பிய மண்ணின் நீரின் எடையையும் கொண்ட விகிதமாகும்:
அதாவது, _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
ஈரப்பதத்தின் அளவிற்கான எல்லை மதிப்புகள் இவை:
- முழுமையாக உலர்ந்த மண்ணுக்காக w = 0; Sr = 0
- முழுமையாக நீரால் நிறைந்த மண்ணிற்காக w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
படம் 6. நீரால் பகுதி அளவில் செறிவூட்டப்பட்ட மண் மாதிரி
நிறைவு நிலை (சில நேரங்களில் நிறைவுத்தன்மை அல்லது ஈரப்பத நிலை என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) என்பது, நீரால் நிரப்பப்பட்ட துளைகளின் அளவையும் மொத்த துளை அளவையும் ஒப்பிடும் விகிதமாகவும் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது (பட. 6):
Sr = V2 / V1
இதில் V2 என்பது நீரால் நிரம்பிய துளைகளின் அளவு, V1 என்பது நீர், காற்று மற்றும் வாயுக்களால் நிரம்பிய துளைகளின் மொத்த அளவு. w என்பது உலர் மண் எடை Wd இன் சதவீதமாக மண்ணின் ஈரப்பதம் என்றால், அப்போது நமக்கு
V2 * γW = w Wd, இதிலிருந்து V2 = w Wd / γw.
மற்றொரு பக்கத்தில், V1 = V – Vd, மேலும் Vd * γs = Wd, ஆகையால்
Vd = Wd / γs மற்றும் V1 = V – Wd / γs.
அதன்படி, மண்ணின் ஈரநிறைவு அளவு Sr ஆக இருக்கும்
அல்லது மண்ணின் உலர் எடையின் சதவீதமாக
மண் முற்றிலும் உலர்ந்தது
இந்த நிலையில் w = 0. அனைத்து துளைநீர் அகற்றப்பட்டுள்ளது, ஆனால் உறிஞ்சப்பட்ட நீர் பகுதியளவில் மட்டுமே அகற்றப்பட்டுள்ளது; அதாவது நீர்த் திரைப்படம் இன்னும் உள்ளது, ஆனால் அதன் தடிமன் குறைந்துள்ளது.