الخصائص الفيزيائية للتربة (مع رسم بياني)

جميع معظم هياكل الهندسة المدنية تستريح على التربة التي تتكون من جزيئات مختلفة مع عدد من الفراغات بينهما. هذه الفراغات مملوءة جزئياً أو كلياً بالماء أو الهواء وتساعد في تثبيت سلوك التربة.

تكرس هذه المقالة بالكامل لخصائص التربة الأساسية مثل المسامية ، نسبة الفراغ ، محتوى الماء ، وزن الوحدة وما إلى ذلك والعلاقات بين خصائص التربة المختلفة.

منحنى الطور:

ويطلق على الرسم البياني الذي يمثل مكونات التربة المخطط النموذجي.

ويطلق على الرسم البياني الذي يمثل جميع المكونات الثلاثة للتربة ، أي المواد الصلبة ، والهواء والماء ، المخطط ثلاثي الطور ، (الشكل 2.1). يُطلق على الرسم البياني الذي يُظهر مكونين اثنين فقط من التربة أي المواد الصلبة والهواء أو المواد الصلبة والمياه اسم المخطط على مرحلتين (الشكل 2.2 و 2.3)

تكون كتلة التربة بصفة عامة عبارة عن نظام ثلاثي الطور لأنه يحتوي على التربة الصلبة مع الماء والهواء. المساحة المغطاة بالماء والهواء في كتلة التربة تسمى الفراغات. أحيانا تمتلئ هذه الفراغات تماما بالماء وفي وقت ما بالماء والهواء. عندما تمتلئ الفراغات بالكامل بالماء ، تسمى كتلة التربة بالشبع بالكامل وعندما يتم تعبئتها جزئياً بالماء وجزئياً عن طريق الهواء ، فإن كتلة التربة تسمى جزئياً مشبعة.

تسمى التربة جافة عندما يتم ملء الفراغات بالهواء فقط. لا تحتل المكونات الثلاثة لكتلة التربة حيزًا منفصلاً ، ولكنها تكون متباعدة بين مسافات جسيمات التربة الصلبة التي تشكل مادة معقدة ، وتعتمد خواصها على النسبة المئوية النسبية لهذه المكونات.

يمكن تأسيس العلاقة التالية من الشكل 2.6:

في الطبيعة ، لا تشغل المكونات الثلاثة للتربة مساحات منفصلة مهما كان الغرض منها حسابًا مناسبًا لإظهار هذه المسافات المنفصلة كما هو موضح في الشكل 2.6.

سمح

V _a = حجم الهواء

V _ث = حجم الماء

V _s = حجم المواد الصلبة للتربة

Ma = كتلة من الهواء = 0

ميغاواط = كتلة من الماء المغنيسيوم = كتلة من المواد الصلبة

V = إجمالي حجم كتلة التربة

م = الكتلة الإجمالية للتربة.

الكثافة ووحدة الوزن:

كثافة كتلة التربة هي نسبة كتلة التربة (M) إلى الحجم (V). يرمز لها ص. وحدة وزن التربة هي نسبة وزن التربة (W = Mg) إلى الحجم (V). يرمز لها γ

ρ = M / V ………… .. (2.1)

و γ = W / V = ​​Mg / V (2.2)

وضع قيمة M من المعادلة 2.1 إلى والمعادلة 2.2 ، نحصل

γ = ρVg / V = ​​…g… (2.3)

γ = ρg

عادةً ما يتم التعبير عن الكثافة في gm / cm ³ أو t / m ³ ويتم التعبير عن وزن الوحدة بالقيمة KN / m ³ (1 gm / cm ³ = 1 t / m ³ = 9.8 KN / m ³ )

كثافة المواد الصلبة:

هي نسبة كتلة الجسيمات الصلبة إلى حجم المواد الصلبة. يتم الإشارة إليه بواسطة pg.

ρs = Ms / Vs ………. (2.4)

جاذبية معينة:

الجاذبية النوعية للتربة هي نسبة كثافة المواد الصلبة إلى كثافة الماء. تدل عليه G وليس لديها وحدة.

G = Ps / Pw = γs / γw [… γ _s = P _s g and γ _w = P _w g]

قد تكون الثقل النوعي حقيقيًا أو مطلقًا أو جليًا أو كتلة جاذبية معينة. إذا تم استبعاد الفراغات الموجودة في جسيمات التربة لتحديد الحجم الحقيقي للمواد الصلبة ، فإن الجاذبية النوعية التي يتم الحصول عليها تسمى جاذبية محددة حقيقية أو مطلقة. إذا اعتبرت كتلة التربة التي تشمل الفراغات أيضًا ، فإن الجاذبية النوعية التي يتم الحصول عليها تُعرف بالثقالة الظاهرية أو السائبة أو الكتلة النوعية. يتم الإشارة إليه بواسطة G _m

G _m = γ / γ _m

إذا لم يتم تحديد أي شيء ، فإن الجاذبية النوعية "G" تعني جاذبية محددة للمواد الصلبة في التربة.

الكثافة الجافة:

وزن الوحدة الجافة أو الكثافة هو نسبة وزن المواد الصلبة إلى الحجم الكلي لكتلة التربة. ومن تدل عليه γ _د

γ _d = W _s / v

كثافة مشبعة (أو وحدة وزن مشبعة ):

وزن الوحدة المشبع من كتلة التربة هو نسبة الوزن المشبع للتربة إلى الحجم الكلي. يرمز إليها γ _جلس -

كثافة مغمورة (أو وزن الوحدة المغمورة):

وزن الوحدة المغمورة هو نسبة الوزن المغمور للتربة إلى الحجم الكلي لكتلة التربة. يرمز لها γ

γ = (W _s ) _sub / V

عندما يتم غمر كتلة التربة ، يتم تقليل وزنها بسبب الطفو. إن الوزن المغمور لكتلة التربة ، (Ws) sub ، يساوي الوزن في الهواء مطروحاً منه وزن الماء النازح من كتلة التربة. يتم تعريف الكثافة المغمورة أيضا

γ = γ _{جلس ث}

درجة التشبع :

درجة تشبع كتلة التربة هي نسبة حجم الماء الموجود في كتلة التربة إلى حجم الفراغات في كتلة التربة. ومن تدل عليه _{ص ص} . لا يوجد لديه وحدة. إذا كانت الفراغات مملوءة بالكامل بالماء ، يقال إن التربة مشبعة وقيمة S _r هي 1. إذا كانت الفراغات مليئة بالهواء أي أن التربة جافة تمامًا ،

S _r = Vw / Vv

بالنسبة للتربة المشبعة بالكامل ، S _r = 1

بالنسبة للتربة الجافة ، S _r = 0

نسبة الهواء

هي نسبة حجم الفراغات الهوائية V _av إلى الحجم الكلي لكتلة التربة V. وهي تشير إلى V _a . ليس لديها وحدة ويعبر عنها من حيث النسبة المئوية.

V _a = V _av / V

نسبة باطلة:

نسبة الفراغ من كتلة التربة هي نسبة إجمالي حجم الفراغات إلى حجم المواد الصلبة في كتلة التربة. ويرمز لها ه.

e = V _v / V _s

نسبة الفراغ هي مقياس كثافة كتلة التربة. يتم استخدامه في حساب معلمات التربة مثل وحدة الوزن والنفاذية والتدرج الهيدروليكي الحرج ودرجة الضغط وما إلى ذلك.

المسامية:

مسامية كتلة التربة هي نسبة الحجم الكلي للفراغات إلى الحجم الكلي لكتلة التربة. هو تدل عليه ن.

مؤشر الكثافة (أو الكثافة النسبية):

يمكن التعبير عن ضغط كتلة التربة الطبيعية من خلال مؤشر الكثافة. تُعرَّف بأنها نسبة الاختلاف بين نسبة الفراغ في الحالة الأضعف من كتلة التربة ونسبة فراغها الطبيعي إلى الفرق بين نسبة الفراغ في الحالات الأكثر كثافة والأكثر كثافة في كتلة التربة. يرمز إلى l _D.

I _D = e _max -e / e _max -e _min

أين

e _max = void ratio of soil mass in its loosest state

e _min = نسبة الفراغ من كتلة التربة هي أكثر دولته كثافة

ه = نسبة الفراغ الطبيعي من كتلة التربة.

يرتبط مؤشر الكثافة بشكل أساسي بالتربة الأقل التماسك عندما يكون e = e _max أي أن الإرضاع الطبيعي للتربة يكون في أدنى شكله ثم = 0 وعندما يكون الإيداع الطبيعي في شكله الأكثر كثافة أي e = _emin ثم Id = 1. عندما تكون رواسب التربة الطبيعية في أي حالة وسيطة ، تتراوح القيمة بين 0 و 1. ويمكن وصف التلاصق أقل من التربة بأنها فضفاضة جدا ، فضفاضة ، متوسطة الكثافة ، كثيفة وكثافة جدا تبعا لقيم الكثافة النسبية أو مؤشر الكثافة ، يبين الجدول 2.2 حالة ضغط مؤشر كثافة تراكب التربة أقل.

محتوى الرطوبة أو محتوى الماء:

يتم تعريفها على أنها نسبة وزن الماء في كتلة التربة إلى الوزن إلى المواد الصلبة للتربة. يتم الإشارة إليها بواسطة m وتم التعبير عنها من حيث النسبة المئوية. لا يوجد لديه وحدة

M = W _w / W _s × 100

كما يمكن التعبير عن محتوى الماء على أنه الماء المجاني المتوفر في كتلة التربة.

يسمى الماء الموجود في فراغات التربة التربة.

يمكن تصنيف مياه التربة على نطاق واسع إلى نوعين:

(أ) المياه المجانية أو مياه الجاذبية

(ب) المياه.

الماء الذي يتحرك بحرية خلال كتلة التربة تحت تأثير الجاذبية المعروفة باسم الماء الحر. يمكن إزالة هذه المياه من التربة بسهولة عن طريق تسخين كتلة التربة عند درجة حرارة 105 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية.

المياه الممسوكة هي جزء من المياه الموجودة في مسام التربة من قبل بعض القوى الموجودة داخل المسام. هذه المياه ليست حرة في التحرك تحت تأثير الجاذبية ولا يمكن إزالتها بسهولة.

يمكن تقسيم الماء المقسم إلى ثلاثة أنواع:

(أ) المياه الهيكلية

(ب) ماء كثف

(ج) المياه الشعرية.

المياه الهيكلية هي المياه التي يتم دمجها كيميائياً في التركيب البلوري لمعدن التربة ويمكن إزالتها فقط عن طريق كسر الهيكل. المياه الممتزّة ، التي يطلق عليها أيضًا الماء المسترطّب أو الرطوبة أو الرطوبة المحظورة السطحية هي أن جزءًا من مياه التربة يتحوّل إلى جزيئات التربة التي تمتزها بحرية من الغلاف الجوي من قبل قوى الجاذبية الفيزيائية ويحتفظ بها بقوة الالتصاق.

المياه الشعرية هي المياه التي تقام في فوهات التربة بسبب القوى الشعرية. تعتبر معرفة محتوى الماء في كتلة التربة أمرًا أساسيًا في التحكم في عمليات ضغط التربة ، وفي تحديد حدود الاتساق ، لحساب استقرار جميع أنواع العمل الأرضي والأساسات.