Estruktura ng lupa
Sa istruktura ng lupa ang ibig sabihin ay ang ayos ng solidong yugto sa masa ng lupa. Gaya ng nalalaman, ang lupa ay binubuo ng mga solidong butil at mga pore na napupuno ng tubig, hangin o singaw ng tubig, kadalasan ay bahagyang hangin at bahagyang tubig. Ayon sa ayos ng mga solidong butil sa lupa natutukoy ang istruktura nito. Ang mga istruktura ng di-nagbubuklod at nagbubuklod na lupa ay malinaw na magkakaiba sa isa’t isa.
Estruktura ng di-nagbubuklod na lupa
Ang istruktura ng walang-bisang lupa ay nabubuo sa ilalim ng epekto ng grabidad. Ang mga solidong partikula ng lupang ito ay mas malalaki at bumabagsak pababa, nanunuluyan sa ilalim ng epekto ng grabidad, samantalang ang mga puwersang pang-akit sa pagitan ng mga molekula ng gayong mga partikula ay wala o napakaliit at natatalo ng grabidad. Dahil dito, sa walang-bisang lupa, ang mga solidong partikula ay nag-aayos nang magkakatabi, na sinasakop ang bakanteng espasyo sa pagitan ng mga naayos nang partikula (sl. 1_a_). Kung ang mga partikula ng walang-bisang lupa ay halos bilog ang hugis at magkakapareho ang laki, tulad ng maaaring mangyari sa buhangin na may pantay na komposisyon, maaaring ang istruktura ay pinakamasiksik (sl. 1_b_) o pinakaalwan (sl. 1_c_), depende sa ayos ng mga solidong partikula sa lupa. Ang pinakamasiksik na istruktura ay tumutugma sa pinakamalaking posibleng siksikan ng walang-bisang lupa at ang porosidad nito ay nmin=26%. Ang pinakaalwang istruktura ay tumutugma sa pinakamaliit na posibleng siksikan ng walang-bisang lupa at ang porosidad nito ay nmax=48%. Kaya halimbawa ang maluwag na buhangin ng mga buhanginang burol ay may n=47%.
Lar. 1 Estruktura ng hindi matibay na lupa
Kung ang maluwag na lupa ay may magkakaibang laki ng butil, at ang mas pino na mga partikulo ay pumupuno sa mga puwang sa pagitan ng mas malalaki (fig. 2), mas maliit nang malaki ang porosidad ng lupa (n=20% at mas mababa).
Sl. 2. Istruktura ng walang-bisang lupa na may iba’t ibang laki ng butil
Istruktura ng nakabigkis na lupa
Sa kohorenteng lupa ay iba ang estruktura kaysa sa hindi pinagbuklod. Sa kohorenteng lupa lumilitaw ang mga puwersang kohesyon, na mas malakas kaysa sa puwersa ng grabidad ng maliliit na partikulo at nagdidikit sa kanila sa mga lugar ng pagdikit. Dahil dito, ang mga partikulong ito ay hindi basta-basta bumabagsak pababa, kundi nananatiling dikit-dikit sa isa’t isa at magkatabi (ting. 3_a_), sa gayon ay bumubuo ng istrukturang parang kadena at lambat (ting. 3_b_), parang kaliskis/hibla (ting. 3_c_) atbp., na tinatawag na mga istruktura ng mas mataas na antas. Ang ganitong mga istruktura ay may malaking porosidad, na maaaring umabot sa 60-80% ng kabuuang masa, na hindi maaaring mangyari sa hindi pinagbuklod na lupa.
Lar. 3. Estruktura ng nakabigkis na lupa
Porosidad at koepisyente ng porosidad
Ang porosidad ng lupa ay tinutukoy ng ugnayan ng dami ng mga butas sa kabuuang dami ng lupa (fig. 4).
Lar. 4. Porosidad at koepisyent ng porosidad ng lupa
Kung itatakda natin sa
- Vp = ang dami ng mga pore sa lupa
- Vm = dami ng mga solidong partikulo
- V = kabuuang bolyum ng lupa,
Ang porosidad ng lupa n ay ayon sa depinisyon
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
o bilang % ng kabuuang dami ng lupa
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Ang koepisyente ng porosidad ng lupa ay tinutukoy bilang ang ugnayan ng bolyum ng mga puwang sa bolyum ng mga solidong partikulo:
e = VP / Vm.
Mula sa pormula para sa porosidad n ay mayroon tayo:
nVP + nVm = VP, kung saan Vm = VP(1-n) / n.
Sa pagpapalit ng halagang ito sa pormula para sa e nakukuha natin
e = n / (1-n).
Mula sa ekwasyong ito nakukuha natin
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Ipinapakita ng koepisyent ng porosidad ang densidad ng lupa. Kapag mas malaki ang koepisyent e, mas maliit ang densidad ng lupa at kabaliktaran. Kung ang isang maaaring ma-compress na lupa ay lumulubog sa ilalim ng karga, sa tulong ng koepisyent ng porosidad bago at pagkatapos ng paglubog ay maaaring matukoy ang laki ng paglubog Δ_h_.
Isaalang-alang natin ang isang patong ng kompresibleng lupa na may kapal na h (fig. 5_a_). Kung ang patong na ito ay lagyan ng karga, lulubog ito nang may taas na Δ_h_, kaya ang kapal nito dahil sa karga ay bababa hanggang h1. Samakatuwid
Δ_h_ = h – h1.
Dahil ang pag-urong ng nabibiling lupa ay nagaganap sa kapinsalaan ng mga pore, sapagkat ang mga solidong partikulo ay praktikal na hindi mapipiga, at gayundin ang tubig, kung ang mga pore ng lupa ay bahagyang o ganap na napuno nito, ang pag-urong na ito ay maaaring ilarawan nang eskematiko sa lar. 5_b_.
Fig. 5. Pag-upo Δh ng napipisil na patong ng lupa na may kapal na h sa ilalim ng karga_
Kung ilalarawan natin sa h0 ang imahinatibong taas ng sapin ng mga solidong partikulo na walang mga butas, na tinatawag na binawas na taas, maaari nating ipahayag ang pag-upo Δ_h_ kaugnay ng binawas na taas h0 sa pamamagitan ng ugnayang:
Kung isasaalang-alang natin ang isang patong ng lupa na ang lapad at haba ay katumbas ng isa, kung gayon ang mga taas na h, h1 at h0 ay kumakatawan sa mga bolyum, at kaya
kung saan ang e ay koepisyent ng porosity bago, e1 pagkatapos ng pag-urong. Mula sa nauna ay nakukuha ang pag-urong
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Maipapahayag ang paglubog kaugnay ng taas ng patong na h bago ang paglubog kung papalitan natin ang halagang binawasang taas na h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
dahil ang n = VP / V = VP / h_,_ kung saan VP = nh.
Kaya nakukuha ang
Ang mga indibidwal na uri ng lupa ay may sumusunod na karaniwang mga halaga ng porosity n at koepisyent ng porosity e:
Halumigmig ng lupa
Mga uri ng tubig sa lupa
Ang tubig sa lupa ay lumilitaw bilang tubig sa mga puwang sa pagitan ng matitigas na butil, ang tinatawag na porous na tubig, pagkatapos ay bilang adsorbadong tubig sa matitigas na butil at bilang konstitusyunal na tubig.
Ang tubig sa mga pore ay binubuo ng malayang tubig sa pagitan ng mga matitigas na particle, na gumagalaw ayon sa batas ni Darcy, kasunod ang gravitational na tubig, na gumagalaw dahil sa grabidad mula sa itaas pababa sa lahat ng direksiyon, ngunit ang paggalaw nito ay hindi sumusunod sa batas ni Darcy, kapilarang tubig na gumagalaw dahil sa mga pwersang kapilar at tubig ng ibabaw na tensiyon, na nananatili sa pamamagitan ng tensiyong pang-ibabaw sa mga sulok sa pagitan ng mga matitigas na particle ng lupa at tinatawag ding tubig sa sulok ng pore. Ang lahat ng tubig na ito ay maaaring ganap na alisin sa pamamagitan ng pagpapatuyo ng lupa sa temperaturang 110oC.
Ang adsorbadong tubig ay yaong bumabalot sa matitigas na butil, kung saan ito ay nakabigkis sa pamamagitan ng mga puwersang molekular. Ito ang tinatawag na water film, na ang kapal ay nasa pagitan ng 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Ang impluwensiya ng adsorbadong tubig sa mas malalaking butil ay maliit; gayunman, habang mas pino ang mga butil, mas malaki ang impluwensiya nito, dahil lumalaki ang kabuuang ibabaw ng mga butil at gayon din ang ugnayan ng adsorbadong tubig sa mga matitigas na butil sa isang yunit ng bolyum ng lupa. Ang tubig na ito ay maaari lamang bahagyang matanggal sa pamamagitan ng pagpapatuyo sa 110oC.
Ang konstitusyunal na tubig ay kemikal na nakabigkis sa mga kristal ng mineral ng matitigas na butil ng lupa. Napakakaunti ng tubig na ito at hindi ito matitanggal sa pamamagitan ng pagpapatuyo ng lupa. Kaya, ang tubig na ito ay maaaring ituring na bahagi ng matigas na butil.
Dami ng tubig sa lupa
Ayon sa depinisyon, ang dami ng tubig sa lupa o kahalumigmigan ng lupa ay ang ugnayan ng bigat ng tubig na nasa lupa sa bigat ng mga solidong sangkap nito. Ayon sa dami ng tubig sa lupa, may tatlong kaso: lupa na ganap na puspos ng tubig, lupa na bahagyang puspos ng tubig, at lupa na ganap na tuyo.
Lupang ganap na puspos ng tubig
Kung itinalaga natin ang n bilang porosidad ng lupa, ang γs bilang densidad ng lahat ng mga partikulo, at ang γw bilang densidad ng tubig, kung gayon ang kahalumigmigan ng puspos na lupa wZ ay maaaring ipahayag sa sumusunod na equation
Lupa na bahagyang puspos ng tubig
Kung itinalaga natin ang Ww bilang bigat ng tubig na nasa lupa, at ang Wd bilang bigat ng mga solidong partikulo o tuyong bigat ng lupa, kung gayon ang kahalumigmigan ng lupa w
w = Ww / Wd , o sa porsiyento ng tuyong bigat ng lupa: w = 100 _Ww / Wd.
Sa kasong ito, ang kahalumigmigan ng lupa ay maipapahayag sa pamamagitan ng antas ng kahalumigmigan Sr na kumakatawan sa ugnayan ng aktuwal na bigat ng tubig sa lupa sa bigat ng tubig sa kaparehong lupa na magkakaroon kung ang lahat ng pore ay mapupuno ng tubig, o kaya, sa bigat ng tubig ng puspos na lupa:
at para sa _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Ang mga limitasyong halaga para sa antas ng kahalumigmigan ay:
- para sa lubos na tuyong lupa w = 0; Sr = 0
- para sa ganap na saturated na lupa w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Sl. 6. Halimbawang lupa na bahagyang puspos ng tubig
Ang antas ng pagsasapol (na minsan ding tinatawag na pagsasaturado o antas ng halumigmig) ay ipinahahayag din sa pamamagitan ng ugnayan ng dami ng mga puwang na napupuno ng tubig sa kabuuang dami ng mga puwang (fig. 6):
Sr = V2 / V1
kung saan ang V2 ay ang dami ng mga puwang na puno ng tubig, V1 ang kabuuang dami ng mga puwang na puno ng tubig, hangin at mga gas. Kung ang w ay ang halumigmig ng lupa sa % ng tuyong bigat ng lupa Wd, kung gayon ay mayroon tayo
V2 * γW = w Wd, kaya V2 = w Wd / γw.
Sa kabilang banda, mayroon tayong V1 = V – Vd, at dahil Vd * γs = Wd, kaya ito ay
Vd = Wd / γs at V1 = V – Wd / γs.
Kaya, ang antas ng pagkabusog ng lupa Sr ay magiging
o sa mga porsiyento ng tuyong bigat ng lupa
Ganap na tuyong lupa
Sa kasong ito ang w = 0. Ang lahat ng tubig sa mga pore ay naalis, samantalang ang adsorbed na tubig ay bahagyang naalis lamang, ibig sabihin, naroon pa rin ang pelikulang tubig, ngunit nabawasan ang kapal nito.