مٹی میں رگڑ اور ہم آہنگی

اگر بندھی ہوئی مٹی میں ہم ایک سلنڈر کاٹ کر اسے معمولی دباؤ P (شکل 1) کے زیرِ اثر رکھیں، تو سلنڈر میں نئے تناؤ پیدا ہوں گے، یعنی عمودی دباؤ کا تناؤ σ اور افقی قینچی تناؤ ۔ اگر ہم دباؤ P کو بتدریج بڑھائیں تو کچھ وقت بعد سلنڈر پر ترچھی دراڑیں ظاہر ہوں گی، اور فوراً بعد سلنڈر ٹوٹ جائے گا۔ ٹوٹنے کے لمحے میں سلنڈر دباؤ P کے اثر سے اور کمترین مزاحم قینچی سطح N-N کے مطابق سرک جاتا ہے۔

شکل 1. ہم آہنگ مٹی سے نکالے گئے سلنڈر پر دباؤ کے اثرات

وہ مٹی مزاحمت جو سلنڈر نے قوت P کے اثر کے مقابلہ میں ٹوٹنے کے لمحے میں فراہم کی، مٹی کی قَصّی مزاحمت کہلاتی ہے، اور افق کے مقابل کم ترین مزاحمت کی سطح کے جھکاؤ کا زاویہ مٹی کی قَصّی مزاحمت کی کم ترین سطح کا زاویہ کہلاتا ہے۔

بندھ جانے والی مٹی کی قینچی مزاحمت دو ابتدائی مزاحمتوں پر مشتمل ہوتی ہے: ٹھوس ذرات کے درمیان داخلی رگڑ اور وہ ہم آہنگی جو ٹھوس ذرات کو آپس میں باندھتی ہے۔ مٹی کی قینچی طاقت کو شکست کے لمحے میں زیادہ سے زیادہ قینچی تناؤ کے برابر فرض کیا جاتا ہے اور اسے مساوات سے ظاہر کیا جاتا ہے

τf = c + σ tg_φ_

جہاں: τf مٹی کی قینچی مضبوطی [kp/cm2],

c مٹی کی کوہیژن [kp/cm3]،

σ مٹی کا نارمل تناؤ [kp/cm3],

φ مٹی کے اندرونی رگڑ کا زاویہ۔

اوپر والا اصول فرانسیسی Coulomb نے 1785. سال میں پیش کیا۔ اس اصول کے مطابق، دی گئی مٹی کے لیے ہم آہنگی c مستقل اور عمودی دباؤ سے بے نیاز ہے، جبکہ رگڑی مزاحمت σ tg_ϕ_ تناؤ σ کے ساتھ بالکل متناسب ہے۔ حقیقت میں ہم آہنگی e دی گئی مٹی کے لیے مستقل نہیں ہوتی بلکہ کسی حد تک عمودی تناؤ σ پر بھی منحصر ہوتی ہے، کیونکہ اس دباؤ کے زیرِ اثر پانی کی اُس تہہ کی موٹائی کم ہو جاتی ہے جو ٹھوس ذرات کو ڈھانپتی ہے اور اس طرح ہم آہنگی بڑھ جاتی ہے۔ Coulomb کا اصول قابلِ نفوذ مٹیوں پر لاگو ہوتا ہے، جن میں عمودی دباؤ کے زیرِ اثر مساموں کا پانی بغیر مزاحمت کے باہر نکل جاتا ہے، جیسا کہ بجری اور ریتیلی مٹی میں ہوتا ہے، لیکن بندھی ہوئی مٹی میں ایسا نہیں ہوتا، جو کم قابلِ نفوذ ہوتی ہے، اس لیے مساموں کا پانی مشکل سے خارج ہوتا ہے اور بوجھ P کے زیرِ اثر تناؤ زدہ مسامی پانی کی صورت میں باقی رہ جاتا ہے۔

زمین میں مؤثر اور غیر مؤثر دباؤ

شکل 2۔ مٹی میں مؤثر اور غیر مؤثر دباؤ

اگر ہم برتن کے نچلے حصے میں مٹی کا نمونہ، مثلاً خشک ریت، رکھیں اور اس پر کسی وزن، مثلاً سیسے کی چھروں والی بھری ہوئی مقدار W، سے بوجھ ڈالیں، تو اس وزن کا پورا بوجھ مٹی کے ٹھوس ذرات برداشت کریں گے۔ نمونے کی سطح پر مخصوص دباؤ p0 = W/A kp/cm3 میں، جہاں A نمونے کے مقطع کا رقبہ ہے، نمونے کے بیٹھنے یعنی اس کی مسامیت میں کمی کا سبب بنے گا، لیکن اس کے ساتھ نمونے کی دوسری جسمانی خصوصیات میں بھی تبدیلیاں آئے گی، جیسے قینچی طاقت میں اضافہ، قابلِ دباؤ ماڈیول میں اضافہ وغیرہ۔ ذرات کے درمیان رابطہ سطحوں پر جو دباؤ ہوتا ہے اسے مؤثر یا بین الحُبیبی دباؤ σ’ کہتے ہیں۔ جب تثبیت حاصل ہو جاتی ہے یعنی جب نمونہ p0 بوجھ کے تحت بیٹھنا بند کر دیتا ہے، تو مؤثر دباؤ اس مجموعی مخصوص دباؤ کے برابر ہوتا ہے جو اس گہرائی پر موجود ہوتا ہے جہاں مٹی دیکھی جا رہی ہو۔ اس صورت میں، نمونے کی سطح کے نیچے گہرائی پر، شکل 2 میں σ’ = W/A + hzγ ہوتا ہے، جہاں γ نمونے کا حجمی وزن ہے۔

اگر، تاہم، برتن میں موجود نمونے پر سیسے کی بالوں کے بجائے پانی کو h کی اونچائی تک بھر دیں، اس شرط کے ساتھ کہ اس نے نمونے کے تمام مسام بھر دیے ہوں، تو نمونے کے اوپر پانی کے ستون کا دباؤ hγw، جہاں γw پانی کا حجمی وزن ہے، نہ تو نمونے کے بیٹھنے اور اس کی مسامیت میں کمی کا سبب بنے گا اور نہ ہی اس کی قینچی مضبوطی اور compressibility modulus میں اضافہ کرے گا۔ اسی وجہ سے ہائیڈرو سٹیٹک دباؤ hγw کو غیر جانب دار دباؤ کہا جاتا ہے۔ غیر جانب دار دباؤ، جسے u سے ظاہر کیا جاتا ہے، نمونے کے ذریعے تمام سمتوں میں یکساں شدت کے ساتھ منتقل ہوتا ہے۔ یہ دباؤ قینچی مضبوطی میں اضافہ نہیں کرے گا، کیونکہ پانی خود کسی بھی قینچی مضبوطی کا حامل نہیں ہوتا۔

لہٰذا مؤثر دباؤ σ’ ٹھوس مٹی کے ذرات کے درمیان رابطہ سطحوں کے ذریعے منتقل ہوتا ہے، اور غیر جانبدار دباؤ u مساموں کے پانی کے ذریعے منتقل ہوتا ہے۔ اگر برتن کا نچلا حصہ پانی سے سیر مٹی کے نمونے سے بھرا ہو جس کی حجمی وزن γz ہو، اور نمونے کی سطح سے اوپر سطح N تک برتن پانی سے بھرا ہو جس کا حجمی وزن γw ہو، تو نمونے کے کسی بھی نقطے میں کل دباؤ σ یہ ہوگا σ = σ’ + u.

گہرائی hz پر، نمونے کی سطح کے نیچے مؤثر دباؤ σ = σ’ - u ہوگا

جہاں σ = h γw + h γz

               u = (h + hz) γw.

لہٰذا σ’ = hz γ’ ہوگا

γ’ پانی میں ڈوبی ہوئی مٹی کا حجمی وزن ہے۔

مٹی کی قینچی مضبوطی کی عمومی مساوات

اگر ہم بندھی ہوئی مٹی پر بوجھ P ڈالیں تو یہ بوجھ مٹی میں نشست پیدا کرے گا اور سب سے پہلے اس کے اثر سے مساموں میں موجود ہوا باہر نکلے گی، لہٰذا کچھ ہی دیر بعد مساموں میں صرف پانی رہ جائے گا۔ چونکہ بندھی ہوئی مٹی کی کم آبی نفوذ پذیری کی وجہ سے پانی فوراً خارج نہیں ہو سکتا، اس لیے وہ مساموں میں دباؤ والی آب کی صورت میں باقی رہتا ہے اور ابتدا میں بیرونی کل بوجھ P کو برداشت کرتا ہے۔ بعد کے وقت میں، بوجھ P کے اثر سے مساموں سے پانی نکلنا شروع ہوتا ہے اور سخت ذرات قریب آنے لگتے ہیں، جو اب بوجھ P کا ایک حصہ برداشت کرتے ہیں۔ تب ہمارے پاس τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ ہوتا ہے، جہاں σ بوجھ P سے پیدا ہونے والا کل دباؤ ہے، اور u مسامی پانی کا دباؤ ہے۔

پورے پانی کا دباؤ u کئی عوامل پر منحصر ہوتا ہے، جیسے کہ تثبیت کا زمانی بہاؤ، مٹی کی نفوذ پذیری، مٹی کے بوجھ کی مقدار وغیرہ۔ مٹی کی قینچی مضبوطی پورے پانی کے دباؤ پر منحصر ہوتی ہے اور وہ u=0 پر سب سے زیادہ ہوتی ہے، جب مٹی کی تثبیت واقع ہوتی ہے۔

مٹی کی کولائیڈل سرگرمی

مٹی کی داخلی مزاحمت کے عناصر ہم آہنگی اور رگڑ مختلف ہو سکتے ہیں اور بڑی حد تک مٹی کے ٹھوس ذرات کی جسامت اور اس کی پلاسٹک خصوصیات پر منحصر ہوتے ہیں۔ مربوط مٹی کی ہم آہنگی کے مقابلے میں داخلی رگڑ کی مزاحمت پر اس کے اثر کو متعین کرنے کے لیے، اسکمپٹن نے مٹی کی کولیائیڈل فعّالیت کا تصور _K_P متعارف کرایا، جسے پلاسٹکٹی انڈیکس IP کے اس تناسب سے ظاہر کیا گیا جو پوری کمیت کے وزن کے فیصد میں 0,002 mm سے چھوٹے ذرات کی مقدار کے مقابلے میں ہے۔ اس سلسلے میں درج ذیل معیار اختیار کیا گیا (شکل 3):

شکل 3۔ مٹی کی کولائیڈی سرگرمی

KP < 0,75 کے لیے غیر فعال مٹّیاں ہیں،

KP = 0,75 – 1,25 کے لیے عام چکنی مٹی ہے،

Kp > 1,25 فعال مٹی کے لیے۔

KP میں اضافہ ہونے سے باہمی رگڑ کے مقابلے میں ہم آہنگ مٹی میں ہم آہنگی کا اثر بڑھ جاتا ہے۔

مٹی کی حساسیت

اگر ہم ہم آہنگ مٹی میں 3—3,4 cm اونچائی ~ 5 cm قطر کا ایک سلنڈر نکالیں اور اسے معمولی بوجھ سے لوڈ کریں، تو سلنڈر کے ٹوٹنے کے لمحے پر ہمیں غیر متاثرہ حالت میں مٹی کی دباؤی مضبوطی σ__ₙ: حاصل ہوگی

σn = P/A kp/cm2 میں,

جہاں A سلنڈر کا عرضی رقبہ ہے۔

امتحان مکمل ہونے کے بعد ٹوٹا ہوا نمونہ ہٹا کر اسی ابعاد کا سلنڈر دوبارہ تیار کرتے ہیں، اسی سلنڈر-سانچے کی مدد سے، اس شرط کے ساتھ کہ اس کی نمی وہی رہے جو پچھلے امتحان کے وقت تھی۔ پھر بنے ہوئے سلنڈر پر فوراً دوبارہ امتحان کیا جاتا ہے، تاکہ خراب شدہ حالت میں مٹی کی دباؤی مضبوطی σ__ₚ. حاصل کی جا سکے

حساسیت (sensitivitet) S__ₜ، غیر متاثرہ حالت میں دباؤ برداشت کرنے کی مضبوطی اور متاثرہ حالت میں دباؤ برداشت کرنے کی مضبوطی کا تناسب ہے: St = σn/σp,

ایک معیار کے مطابق S__ₜ کی حساسیت کا اندازہ اس طرح لگایا جاتا ہے:

• جب S__ₜ = 1 — 2 ہو تو مٹی کی حساسیت کم ہوتی ہے،
• S__ₜ = 2 — 4 کے لیے چکنی مٹی کی درمیانی حساسیت ہے،
• کے لیے S__ₜ = 4 — 8 مٹی کی حساسیت بہت زیادہ ہے،
• برائے S__ₜ > 8 بہت حساس مٹی ہے۔

فطرت میں ایسا ہوتا ہے کہ میکانیکی اثر، مثلاً زلزلے، کے باعث مٹیلا زمین اچانک اپنی مضبوطی کھو دیتی ہے، جسے پھر ساکن حالت میں دوبارہ حاصل کر لیتی ہے۔ اس خصوصیت کو مٹی کی تھیکسوٹروپی. کہا جاتا ہے۔ بہت سی چکنی مٹیوں میں کسی حد تک تھیکسوٹروپک خصوصیات ہوتی ہیں۔ ناروے، سویڈن اور فن لینڈ میں تھیکسوٹروپک چکنی مٹی کے بہہ نکلنے کے باعث کٹاؤ کی ڈھلوانوں کے سرکنے کے واقعات معلوم ہیں، جہاں جانچ سے یہ ثابت ہوا کہ اس عمل کے دوران مٹی کی نمی میں کوئی تبدیلی نہیں ہوئی تھی، یعنی مٹی کی نمی بہہ نکلنے سے پہلے اور بعد میں یکساں تھی۔