மண்ணின் உராய்வும் ஒட்டும் தன்மையும்

இணைந்த மண்ணில் ஒரு உருளையை வெட்டி அதை சாதாரண அழுத்தம் P (படம் 1) இன் தாக்கத்திற்கு உட்படுத்தினால், உருளையில் புதிய அழுத்தங்கள் தோன்றும்; அதாவது செங்குத்து அழுத்தம் σ மற்றும் கிடைமட்ட வெட்டு அழுத்தம் . அழுத்தம் P ஐ படிப்படியாக அதிகரித்தால், சில நேரத்திற்குப் பிறகு உருளையில் சாய்ந்த பிளவுகள் தோன்றும், உடனே அதன் பின்னர் உருளை உடைந்துவிடும். உடைப்பு நேரத்தில், உருளை P அழுத்தத்தின் தாக்கத்தால் மற்றும் குறைந்த எதிர்ப்பு கொண்ட வெட்டு தளம் N-N வழியாக வெட்டப்பட்டிருக்கும்.

படம் 1. ஒற்றுமையுள்ள மண்ணிலிருந்து எடுக்கப்பட்ட உருளையில் அழுத்தத்தின் தாக்கம்

P விசையின் செயற்பாட்டிற்கு எதிராக முறிவு நேரத்தில் உருளை அளித்த மண் எதிர்ப்பு, மண் வெட்டு எதிர்ப்பு என அழைக்கப்படுகிறது; மேலும், குறைந்தபட்ச எதிர்ப்பு தளத்தின் क्षितिजத்துக்கு ஏற்புடைய சாய்வு கோணம் α, மண் வெட்டு எதிர்ப்பின் குறைந்தபட்ச எதிர்ப்பு தளத்தின் கோணம் என அழைக்கப்படுகிறது.

ஒட்டிய மண்ணின் இழுவிசை எதிர்ப்பு இரண்டு அடிப்படை எதிர்ப்புகளால் அமைந்துள்ளது: திட துகள்களுக்கிடையிலான உள்துறை உராய்வு மற்றும் திட துகள்களை ஒன்றாகப் பிணைக்கும் ஒட்டிப்பு. மண்ணின் வெட்டு வலிமை, முறிவு நேரத்தில் ஏற்படும் அதிகபட்ச வெட்டு அழுத்தத்துக்கு சமம் என்று கருதப்படுகிறது, மேலும் அது பின்வரும் சமன்பாட்டால் வெளிப்படுகிறது

τf = c + σ tg_φ_

இங்கு: τf மண்ணின் வெட்டல் வலிமை [kp/cm2],

c மண்ணின் உறைப்பு [kp/cm3],

σ மண்ணின் சாதாரண அழுத்தம் [kp/cm3],

φ மண்ணின் உள் உராய்வு கோணம்.

மேலே உள்ள சூத்திரத்தை பிரெஞ்சு விஞ்ஞானி Coulomb 1785. ஆண்டில் வழங்கினார். இந்தச் சூத்திரத்தின் படி, குறிப்பிட்ட மண்ணுக்கு ஒட்டுதல் c நிலையானது மற்றும் சாதாரண அழுத்தத்திலிருந்து சுயாதீனமானது; ஆனால் உராய்வு எதிர்ப்பு σ tg_ϕ_ என்பது அழுத்தம் σ க்கு நேர்மறைச் சமச்சீர் ஆகும். உண்மையில், ஒட்டுதல் e குறிப்பிட்ட மண்ணுக்கு நிலையானதல்ல; அது ஒரு அளவிற்கு சாதாரண அழுத்தம் σ மீதும் சார்ந்துள்ளது, ஏனெனில் அந்த அழுத்தத்தின் தாக்கத்தில் உறைந்த துகள்களைச் சுற்றியுள்ள நீர்ப்படலத்தின் தடிமன் குறைந்து, இதனால் ஒட்டுதல் அதிகரிக்கிறது. Coulomb சூத்திரம் ஊடுருவக்கூடிய மண்ணுக்கு பொருந்தும்; அங்கு சாதாரண அழுத்தத்தின் தாக்கத்தில் துளைகளிலிருந்து நீர் எதிர்ப்பின்றி வெளியேற்றப்படுகிறது, இது கற்கள்மண் மற்றும் மணற்பாங்கான மண்ணின் நிலை. ஆனால் இது இணைந்த மண்ணுக்கு பொருந்தாது; அது குறைவாக ஊடுருவக்கூடியது, எனவே துளைகளிலிருந்து நீர் எளிதாக வெளியேறாது மற்றும் சுமை P இன் தாக்கத்தில் அழுத்தமடைந்த துளை நீராகத் தங்கிவிடுகிறது.

மண்ணில் செயல்திறன் மற்றும் நடுநிலை அழுத்தங்கள்

படம் 2. மண்ணில் செயற்பாட்டு மற்றும் நியூட்ரல் மின்னழுத்தம்

ஒரு மண் மாதிரியை, உதாரணமாக உலர்ந்த மணலை, ஒரு பாத்திரத்தின் அடியில் வைத்து, அதன் மீது ஒரு மாஸை, உதாரணமாக W எடையுள்ள லீடு துகள்களை, சுமத்தினால், அந்த எடையால் ஏற்படும் முழுச் சுமையையும் மண்ணின் உறுதியான துகள்கள் ஏற்றுக்கொள்கின்றன. மாதிரியின் மேற்பரப்பில் ஏற்படும் குறிப்பிட்ட அழுத்தம் p0 = W/A kp/cm3, இதில் A என்பது மாதிரியின் குறுக்குவெட்டு பரப்பு; இது மாதிரி இறங்குதலை, அதாவது அதன் துளைநிறைவு குறைவதை ஏற்படுத்தும். அதே நேரத்தில், இது அறுத்தல் வலிமை அதிகரிப்பு, சுருக்கத்தன்மை மாடுலஸ் அதிகரிப்பு மற்றும் பிற உடைமைகள் போன்ற பிற உடற்தன்மைகளிலும் மாற்றங்களை உண்டாக்கும். துகள்களுக்கிடையேயான தொடர்பு மேற்பரப்புகளில் நிலவும் அழுத்தம் திறனியல் அல்லது துகள்களிடை அழுத்தம் σ’ என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒருங்கிணைப்பு நிறைவேறியபோது, அதாவது p0 சுமை கீழ் மாதிரி மேலும் இறங்குவதை நிறுத்தும்போது, திறனியல் அழுத்தம் மண் பரிசோதிக்கப்படும் ஆழத்தில் நிலவும் மொத்த குறிப்பிட்ட அழுத்தத்துக்கு சமமாகும். இச்சமயத்தில், மாதிரியின் மேற்பரப்பின் கீழ் உள்ள ஆழத்தில், பட. 2 இல் σ’ = W/A + hzγ; இங்கு γ என்பது மாதிரியின் தொகுதி எடை.

எனினும், ஒரு பாத்திரத்தில் உள்ள மாதிரியை ஒய்வெடுக்கும் ஈயத்துக் குருணைகள் பதிலாக h உயரம் வரை நீரால் ஏற்றினால், அதனால் மாதிரியின் அனைத்து துளைகளும் நிரம்பியிருக்கும் நிலையில், மாதிரிக்கு மேல் உள்ள நீர்தூண் அழுத்தம் hγw, இங்கு γw என்பது நீரின் பருமன் எடை, மாதிரியின் தாழ்வை ஏற்படுத்தவோ அதன் பொறுமைத் தன்மையை குறைக்கவோ செய்யாது; அதேபோல் அதன் சீர் வலிமையையும் சுருக்குத்தன்மை மாடியுலஸையும் அதிகரிக்காது. அதனால், ஹைட்ரோஸ்டாடிக் அழுத்தம் hγw நிச்பந்த அழுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. u எனக் குறிக்கப்படும் நிச்பந்த அழுத்தம் மாதிரியின் வழியாக எல்லாத் திசைகளிலும் சம தீவிரத்துடன் பரவுகிறது. நீருக்கு தானாகவே எந்தச் சீர் வலிமையும் இல்லாததால், இந்த அழுத்தம் சீர் வலிமை அதிகரிப்பை ஏற்படுத்தாது.

அதனால் பயனுள்ள அழுத்தம் σ’ மண்ணின் உறைந்த துகள்களுக்கிடையிலான தொடு மேற்பரப்புகள் வழியாக பரிமாறப்படுகிறது; நடுநிலை அழுத்தம் u துளைகளில் உள்ள நீர் வழியாக பரிமாறப்படுகிறது. பாத்திரத்தின் கீழ்பகுதி, தொகுதி எடை γz கொண்ட நிறைவுற்ற மண் மாதிரியால் நிரப்பப்பட்டிருந்தால், மேலும் மாதிரியின் மேற்பரப்பிற்கு மேலே N நிலை வரை, தொகுதி எடை γw கொண்ட நீரால் பாத்திரம் நிரப்பப்பட்டிருந்தால், அப்போது மாதிரியின் எந்தப் புள்ளியிலும் மொத்த அழுத்தம் σ என்பது σ = σ’ + u. ஆக இருக்கும்

hz ஆழத்தில், மாதிரி மேற்பரப்புக்குக் கீழே செயல்திறன் அழுத்தம் σ = σ’ - u ஆக இருக்கும்

இங்கே σ = h γw + h γz

               u = (h + hz) γw.

எனவே σ’ = hz γ’ ஆகும்

γ’ என்பது தண்ணீரில் மூழ்கிய மண்ணின் கனஅளவு எடை.

மண்ணின் வெட்டு வலிமைக்கான பொது சமன்பாடு

சமநிலைப்படுத்தப்பட்ட மண்ணை P என்ற சுமையால் ஏற்றினால், இந்தச் சுமை மண்ணில் அமர்வை ஏற்படுத்தும்; முதலில் அதன் தாக்கத்தால் துளைகளிலிருந்து காற்று வெளியே தள்ளப்படும், ஆகவே விரைவில் துளைகளில் நீர் மட்டுமே இருக்கும். சமநிலைப்படுத்தப்பட்ட மண்ணின் குறைந்த நீர்ப்புகா தன்மையால் நீர் உடனடியாக வெளியேற முடியாததால், அது துளைகளில் அழுத்தமுற்ற நீராகத் தங்கி, தொடக்கத்தில் மொத்த வெளிச்சுமை P-ஐ ஏற்றுக்கொள்கிறது. பின்னர் காலப்போக்கில், P சுமையின் தாக்கத்தில் துளைகளிலிருந்து நீர் வெளியேறத் தொடங்கி, திடத் துகள்கள் நெருக்கமடைந்து, அவை இப்போது P சுமையின் ஒரு பகுதியை ஏற்றுக்கொள்கின்றன. அப்போது τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ என பெறப்படுகிறது; இங்கு σ என்பது P சுமையிலிருந்து வரும் மொத்த அழுத்தம், u என்பது துளை நீர் அழுத்தம்.

துளைநீர் அழுத்தம் பல காரணிகளின் மீது சார்ந்துள்ளது; அவை ஒருங்கிணைப்பு நடைபெறும் காலநிலை, மண்ணின் ஊடுருவுதிறன், மண் சுமையின் அளவு என்பனவாகும். மண்ணின் குறுக்கு வெட்டு வலிமை துளைநீர் அழுத்தத்தின் மீது சார்ந்துள்ளது, மேலும் அது u=0 ஆக இருக்கும் போது அதிகபட்சமாகும்; அப்போது மண் ஒருங்கிணைப்பு ஏற்படுகிறது.

மண்ணின் கொலாய்டு செயல்திறன்

மண்ணின் உள்எதிர்ப்பின் கூறுகளான ஒட்டுதல் மற்றும் உராய்வு வெவ்வேறாக இருக்கலாம்; அவை மண்ணின் உறைந்த துகள்களின் அளவு மற்றும் அதன் பிளாஸ்டிக் பண்புகளின் மீது பெரிதும் சார்ந்துள்ளன. ஒட்டும் மண்ணின் உள் உராய்வுத் தடைமீது ஒட்டுதலின் தாக்கத்தை நிர்ணயிக்கும் நோக்கில், ஸ்கெம்ப்டன் மண்ணின் கொலாய்டு செயல்பாடு _K_P என்ற கருத்தை அறிமுகப்படுத்தினார்; இது பிளாஸ்டிசிட்டி குறியீடு IP-ன் விகிதத்தை, முழு திரளின் எடையின்படி % ஆக 0,002 mm-க்கும் குறைவான துகள்களின் அளவுடன் ஒப்பிட்டு காட்டுகிறது. இதற்காக பின்வரும் நெறிமுறை ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது (படம் 3):

படம் 3. மண்ணின் கொலாய்டு செயற்பாடு

KP < 0,75 ஆக இருந்தால் செயலற்ற களிமண்கள்,

KP = 0,75 – 1,25 என்றால் அவை சாதாரண களிமண் மண்ணுகள்,

Kp > 1,25 செயல்மிக்க களிமண்.

KP அதிகரிக்கும் போது, ஒருங்கிணைந்த மண்ணின் உள்ளக உராய்வுடன் ஒப்பிடுகையில் ஒட்டுதலின் தாக்கம் அதிகரிக்கிறது.

மண்ணின் உணர்திறன்

ஒருங்கிணைந்த மண்ணில் 3—3,4 cm விட்டமுள்ள, சுமார் 5 cm உயரமுள்ள சிலிண்டரை எடுத்துத், அதன்மேல் நேரான சுமை இடப்பட்டால், சிலிண்டர் முறியும் தருணத்தில் பாதிக்கப்படாத நிலையில் உள்ள மண்ணின் அழுத்த வலிமை σ__ₙ: கிடைக்கும்.

σn = P/A kp/cm2-இல்,

இதில் A என்பது உருளையின் குறுக்கு வெட்டுப் பகுதி.

சோதனை முடிந்தவுடன் உடைந்த மாதிரி மாற்றப்பட்டு, அதே உருளை-அச்சைப் பயன்படுத்தி அதே பரிமாணங்களுடன் மீண்டும் ஒரு உருளை தயாரிக்கப்படுகிறது; அதன் ஈரப்பதம் முந்தைய சோதனையில் இருந்த அதே நிலையில் இருக்கும். பின்னர், மறுதையாரிக்கப்பட்ட உருளை தயாரிக்கப்பட்டவுடன் உடனடியாக அதனுடன் சோதனை மீண்டும் செய்யப்படுகிறது; இதன் மூலம் குழப்பமடைந்த நிலையில் உள்ள மண்ணின் அழுத்த வலிமை σ__ₚ. பெறப்படுகிறது.

சென்சிடிவிட்டி (sensitivitet) S__ₜ என்பது பாதிக்கப்படாத நிலையில் உள்ள அழுத்த வலிமையின், பாதிக்கப்பட்ட நிலையில் உள்ள அழுத்த வலிமைக்கு உள்ள விகிதமாகும்: St = σn/σp,

ஒரு அளவுகோலின்படி, S__ₜ உணர்திறன் பின்வருமாறு மதிப்பிடப்படுகிறது:

• t = 1 — 2 ஆக இருந்தால் களிமண்ணின் உணர்திறன் குறைவாகும்,
• S__ₜ = 2 — 4 என்றால் களிமண்ணின் நடுத்தர உணர்திறன் ஆகும்,
• S__ₜ = 4 — 8 என்பதில் களிமண்ணின் மிகுந்த உணர்திறன் உள்ளது,
• S__ₜ > 8 என்றால் அது மிக உணர்திறன் கொண்ட களிமண் ஆகும்.

இயற்கையில், இயந்திரத் தாக்கம், உதாரணமாக நிலநடுக்கம், காரணமாக களிமண் மண் திடீரென தனது உறுதியை இழக்கலாம்; பின்னர் ஓய்வு நிலையில் அது மீண்டும் பெறப்படும். இந்த பண்பு மண்ணின் திக்சோட்ரோபி என அழைக்கப்படுகிறது. பல களிமண்களுக்கு ஒரு அளவிற்கு திக்சோட்ரோபிக் பண்புகள் உள்ளன. நார்வே, ஸ்வீடன் மற்றும் பின்லாந்தில் திக்சோட்ரோபிக் களிமண் வெளியேறியதால் அகழ்வாரைகளின் சரிவுகள் இடிந்த நிகழ்வுகள் அறியப்பட்டுள்ளன; ஆய்வுகளால் இந்த செயல்முறையின் போது களிமண் ஈரப்பதத்தில் மாற்றம் இல்லை, அதாவது வெளியேறுவதற்கு முன்பும் பிறகும் அதன் ஈரப்பதம் நிலைத்திருந்தது என்பது உறுதிப்படுத்தப்பட்டது.