Dirvožemis: formavimas, klasifikavimas ir reikšmė

Žodis dirvožemis yra kilęs iš lotyniško žodžio „solium“, kuris reiškia viršutinį žemės paviršiaus sluoksnį. Šis žodis „dirvožemis“ skirtingoms profesijoms skiriasi. Žemės ūkininkui augalai auga dėl laisvos žemės paviršiaus medžiagos.

Geologui tai yra medžiaga, kuri gaminama dėl akmenų dezintegracijos ir kuri nebuvo išvežta iš jos pradinės padėties. Inžinieriui dirvožemis yra padidėjęs mineralų ar organinių dalelių kaupimasis zonoje, esančioje uolienoje.

Dirvožemis yra statybinė medžiaga, kuri yra gausu ir daugelyje regionų iš esmės yra vienintelė vietinė statybinė medžiaga. Žemė buvo naudojama paminklų, kapų, būstų, vandens sulaikymo struktūrų ir kt. Statybai nuo neolito žmogaus dienų. Dirvožemio mechanika yra viena iš jauniausių civilinės inžinerijos disciplinų, apimanti visus principus ir metodus, kuriais remiantis moksliškai tiriamas dirvožemio savybės.

Apibrėžimas

Dr. Karl Van Terzaghi, vadinamas dirvožemio mechaniko tėvu, dirvožemio mechaniką apibrėžė taip:

Dirvožemio mechanika - tai mechanikos ir hidraulikos įstatymų taikymas inžinerinėms problemoms, susijusioms su nuosėdomis ir kitais nekonsoliduotais kietų dalelių kaupimosi rezultatais, susidariusiais mechaniniu ir cheminiu būdu skaidant uolieną, neatsižvelgiant į tai, ar jame yra priedų, ar organinių komponentų.

Dėl inžinieriaus, įvairių tipų dirvožemių inžinerinio elgesio tyrimas yra labai svarbus dėl to, kad visos civilinės inžinerijos statiniai turės būti atsipalaiduoti ir pagrįsti dirvožemiu. Statinių gedimas priklauso nuo dirvožemio stiprumo charakteristikų. Dirvožemio atsparumas apkrovai tampa svarbiu saugaus konstrukcijos pagrindo veiksniu.

Mokslo filialas, susijęs su dirvožemio savybėmis, pobūdžiu ir veikimu kaip statybine ir pamatine medžiaga, vadinamas dirvožemio mechanika.

IS: 2809-1972 dirvožemio mechaniką apibrėžia kaip „tą inžinerijos šaką, kuri apima dirvožemio mokslo taikymą, statinius ir dinamiškus įstatymus, principus, mechaniką ir hidrauliką prie inžinerinių problemų, susijusių su dirvožemiu kaip statybine medžiaga“.

Dirvožemio mechanikos tikslai:

i) atlikti požeminius tyrimus ir parengti dirvožemio ėminių ėmimo metodus.

ii) klasifikuoti dirvožemio savybes civilinės inžinerijos tikslais.

(iii) Dirvožemio rezultatus taikyti dirvožemiui kaip statybinei medžiagai.

Dirvožemio studijų svarba civilinėje inžinerijoje:

Iki šio amžiaus pradžios dirvožemio savybių tyrinėjimo svarba nebuvo jaučiama. Dauguma svarbių istorinių pastatų buvo pastatyti remiantis patirtimi šioje srityje ir iš protėvių paveldėtas žinias. Nebuvo jokių įrodymų, kad dirvožemio moksliniams tyrimams būtų sukurtas šių pastatų ar statinių pamatas. Svarbių struktūrų nesėkmė atkreipia inžinierių dėmesį į šią sritį.

Dauguma civilinių struktūrų priklauso nuo dirvožemio paviršiaus, todėl šių konstrukcijų gyvenimas priklauso nuo dirvožemio apkrovos. Dirvos talpa priklauso nuo įvairių dirvožemio savybių. Skirtingas dirvožemio savybes galima nustatyti išsamiais dirvožemio tyrimais / tyrimais.

Kai yra žinoma, kad yra gebėjimas išlaikyti dirvožemį ir kitos dirvožemio savybės, geotechnikos inžinierius / dizaineris gali lengvai nuspręsti, kokio tipo pamatai tinka konkrečiam dirvožemiui. Dirbdamas dirvožemio tyrimus, inžinierius gali nuspręsti, ar tam tikras dirvožemis yra tinkamas statybai. Kai kurie dirvožemiai, pvz., Durpės ir organiniai šlakai, yra tokie kompresyvūs, kad jie negali būti naudojami kaip pamatai, o kiti - smėlis ir kruopos - yra puikus pagrindas daugeliui statybos projektų.

Mažų projektų atveju, inžinieriai gali pasinaudoti galimybe atspėti dirvožemio savybes, remdamiesi šios srities patirtimi. Tačiau kartais tai gali baigtis brangiai, nei išlaidos, sutaupytos ne ištiriant dirvožemį. Viena iš tokių pinigų istorijų yra tokia, kaip nurodyta toliau. Asamyje turėjo būti pastatytas kalcinavimo įrenginys (kalkių deginimas). Apytikslis gamyklos pajėgumas buvo 100 tonų per dieną.

Projekto savininkas nebuvo suinteresuotas dirvožemio tyrimu, o statybos darbai buvo pradėti be jokių dirvožemio tyrimų. Kasimas buvo pradėtas įkūrimui. Užbaigus rankinį dirvožemio kasimo darbus per dieną, savininkas buvo visiškai įsitikinęs, kad pamatas gali būti dengtas iš anksto nuspręstame gylyje, nes dirvožemis buvo gana sunkus. Kitą dieną buvo nustatyta, kad duobė buvo pilna vandens ir dirvožemis buvo visiškai laisvas, elgiasi kaip skystis.

Ši problema buvo tęsiama ir pagaliau buvo nuspręsta sustabdyti kasinėjimą po 5 metrų, o po to buvo konsultuojamasi su geotechnikos inžinieriumi, kad būtų ištrinta problema. Galiausiai buvo paleisti mediniai poliai ir pastatytas pamatas. Savininkas neturėjo nuspręsti dėl dirvožemio tyrimo daugiau negu investavo iš pradžių. Šios srities problema buvo ta, kad vanduo teka per teritoriją, o dirvožemis, esantis žemiau 1, buvo labai suspaustas.

Dideliems projektams, pvz., Greitkelio oro uostui, užtvankai ir kt., Dirvožemio savybių nustatymas gali lemti fondo gedimus ir galimus ekonominius nuostolius. Taigi visada rekomenduojama atlikti dirvožemio tyrimus prieš konstrukcijos pagrindą. Dirvožemio tyrimų apimtis gali skirtis priklausomai nuo projekto svarbos ir to paties fondo.

Dirvožemio formavimasis:

Žemės vidus yra išlydytas, vadinamas magma. Uolienos susidaro dėl išlydytos magmos aušinimo ir šie akmenys yra suskirstyti į dirvožemį ir dirvožemį, kuris paverčiamas į uolą. Šis ciklas vadinamas geologiniu ciklu, kaip parodyta 1.1 paveiksle.

Akmenys yra pagrindinė dirvožemio medžiaga. Dirvožemiai susidaro skaidant ir skaidant uolieną.

Uolų skaidymą sukelia:

(i) Mechaninis oras

ii) cheminis skilimas

iii) Biologinis skilimas.

(1) Mechaninis oras:

Jis taip pat žinomas kaip fizinis skaidymas. Šiame procese uolienų skaidymą sukelia fizinės agentūros, pvz., Augalų šaknys, šalčio, šiluminės plėtimosi ir kt.

a) Augalų šaknys:

Augalai ir medžiai auga uolose. Šių augalų ir medžių šaknys patenka į uolienų įtrūkimus ir plyšius. Per tą laikotarpį šios šaknys tampa storesnės ir sukelia akmenų įtampą, sukeliančią dezintegraciją.

b) Frost:

Vanduo patenka į akmenų įtrūkimus ir plyšius lietaus metu. Šalto klimato sąlygomis vanduo užšaldomas ir padidėja tūris. Dėl padidėjusio tūrio įtempių atsiranda įtrūkimų, sukeliančių akmenų dezintegraciją.

c) Šiluminė plėtra:

Uolose yra skirtingų mineralų. Įvairūs mineralai turi skirtingą šiluminio plėtimosi koeficientą. Dėl temperatūros svyravimų šie mineralai išsiplečia ir kontaktuoja. Įtempimai atsiranda dėl pakartotinio uolienų plitimo ir susitraukimo, dėl kurio suskaidoma ir susidaro dirvožemis.

d) Abrasion:

Uolų sukrėtimas įvyksta:

i) tekantis vanduo

ii) Vėjo pūtimas

iii) judantis ledas, žinomas kaip ledynai. Dėl to susidaro dirvožemis.

(2) Cheminis skilimas:

Jis taip pat vadinamas cheminiu oru. Šiame procese sunaikinamos mineralinių dalelių tapatybės ir susidaro nauji cheminiai junginiai, tokie kaip molio dalelės, silicis, karbonatai ir geležies oksidas. Cheminis skilimas priklauso nuo vandens, temperatūros ir ištirpusių medžiagų slėgio vandenyje. Cheminis oras priklauso nuo reakcijos paviršiaus, temperatūros ir chemiškai aktyvaus skysčio.

Cheminiai orai yra susiję su šiais procesais:

i) Oksidacija: \ t

Tai procesas, kai deguonies jonai sujungia su juodųjų jonų jonais iš geležies oksido. Geležies turintys akmenys chemiškai skaidomi oksiduojant. Į šį procesą įtraukta reakcija

4Fe ⁺² + 3O ₂ - = 2Fe ₂ 0 ₃

ii) Hidracija:

Hidratacija - tai procesas, kurio metu roko mineralai sujungiami su vandeniu ir sudaro naują junginį, kuris skirsis nuo pradinių mineralų. Roko skilimas vyksta dėl tūrio pokyčių, kurie sukelia fizinius įtempius uoloje.

iii) Karbonizavimas:

Tai procesas, kuriame atmosferoje esantis anglies dioksidas (CO ₂ ) sujungia su vandeniu ir sudaro anglies rūgštį. Ši anglies rūgštis reaguoja su akmens mineralais, sukeliančiais skaidymą.

Reakcija, susijusi su karbonizavimu, yra:

CaCO3 + H20 + CO ₂ = Ca (HCO3) ₂

Karbonizacija yra labai dažna tose srityse, kuriose yra daug kalkakmenio.

iv) Hidrolizė:

Hidrolizė yra cheminė atmosfera, veikianti silikatinių mineralų. Tokiose reakcijose grynas vanduo šiek tiek jonizuojasi ir reaguoja su silikato mineralais. Pavyzdžiui:

Kalio lauko špatas rūgščiame vandenyje hidrolizuojasi į kaolinitą, kvarcą ir kalio hidroksidą

2KAISi3O8 + 3H2O = Al2Si2O5 (OH) ₄ + 4SiO ₂ + 2KOH

v) išplovimas:

Išpylimas yra tirpių medžiagų pašalinimas, ištirpinant jas nuo kietų medžiagų. Šiame procese kai kurie iš mineralų ištirpę mineralų ir nusodinami atskirai, sukeldami.

(3) Biologinis skaidymas:

Organinių medžiagų skilimą dirvožemyje atlieka tik mikroorganizmai. Bakterijos ir kiti mikroorganizmai savo aplinkoje sukelia cheminius pokyčius, gamindami organines rūgštis, kurios padeda dirvožemiui užteršti.

Dirvožemio geologinė klasifikacija:

Geologiniu pagrindu dirvožemius galima suskirstyti į dvi grupes:

i) Likusieji dirvožemiai

ii) gabenami dirvožemiai.

Likutinis dirvožemis:

Dirvožemiai, kurie lieka jų susidarymo vietoje, vadinami likutiniais dirvožemiais. Jei uolienų skilimo greitis viršija skilimo produktų šalinimo greitį, liekamųjų dirvožemio rezultatų kaupimasis. Likusių dirvožemių storis priklauso nuo klimato, laiko ir šaltinio uolienos tipo. Šie dirvožemiai yra tiesiai virš pagrindinio uolos. Nepaisoma uolienų ir nuosėdų uolienos yra pagrindinė liekamojo dirvožemio medžiaga.

Likęs dirvožemio profilis gali būti suskirstytas į tris zonas:

a) Viršutinė zona, kurioje yra didelis atmosferos poveikis ir medžiagos pašalinimas.

b) tarpinė zona, kurioje viršutinėje zonos dalyje yra tam tikra atmosfera, tačiau yra apačios į apatinę zonos dalį.

Gabenami dirvožemiai:

Gabenami dirvožemiai yra dirvožemiai, kuriuos transportuojančios agentūros perkelia iš savo susidarymo vietos į kitą vietą. Vežančiosios agentūros gali būti ledynai, vanduo, vėjas ar sunkumas. Šios transporto agentūros veikia atskirai arba kartu.

Ledyno transportuojami dirvožemiai:

Į ledyną gabenami dirvožemiai apima medžiagas, gabenamas ir perkeliamas į ledyną arba ledynus, tekančius iš ledynų. Ledynai atneša didelius mineralinių šiukšlių kiekius, kurie sumaišomi su ledu ir nunešiami. Jis yra deponuojamas, kai ledas tirpsta daugelį mylių nuo pradinės padėties.

Šios rūšies indėliai diferencijuojami pagal šią terminiją:

a) Morena:

Morainas yra ledinė medžiaga, nusodinta ledu, o ne iš lydalo.

b) Dreifas:

Dreifas - tai ledynų gabenamos ir išlydyto vandens kaupiamos medžiagos. „Drift“ suskirstė struktūrą.

c) Iki:

Iki tol nešluostyti, heterogeniniai molio arba dumblo mišiniai, tiesiogiai nusodinti ledu.

d) Glaciofluviniai nuosėdos:

Glaciofluviniai nuosėdos - tai ledynais gabenamos ir sluoksniuotu vandeniu nusodintos medžiagos. Jie susideda iš kintančių plonų vidutinio pilkumo šilkinių sluoksnių ir tamsesnių molių.

Vandens transportuojami dirvožemiai:

Pervežamos medžiagos ir vandens perpylimas žinomas kaip „aluviumas“. Srautai formuojami slėnyje dėl didelio lietaus. Srautų tekantis vanduo kartu su įvairiomis dirvožemio dalelėmis arba suspensijoje, arba valcuojant juos išilgai dugno. Dėl valcavimo dirvožemio dalelių susidaro ir taip sumažėja dalelių dydis.

Dalelių, kurios gali būti gabenamos dirvožemyje, dydis priklauso nuo vandens greičio. Jei greitis yra didesnis, jis gali perkelti didelio dydžio daleles ir, kai greitis mažėja, didesnės dalelės yra kaupiamos. Smulkesnės dalelės yra nuleidžiamos į lėtesnę srauto dalį, kai ji tampa deponuota.

Vanduo vežami dirvožemiai klasifikuojami kaip:

i) aluvinis dirvožemis

ii) Lacustrine dirvožemis

iii) Jūrų dirvožemis.

Aluvinis dirvožemis:

Dirvožemis, gabenamas iš jo suskaldymo vietos tekančiu vandeniu ir nusodintas išilgai upelio, yra žinomas kaip aliuvinis dirvožemis. Šie dirvožemiai yra labai dažni ir jais remiasi labai daug inžinerinių statinių. Aluvialiniuose dirvožemiuose dažnai yra kintančių horizontalių skirtingų dirvožemio tipų sluoksnių.

Lacustrine dirvožemiai:

Dirvožemis, transportuojamas tekančiu vandeniu ir nusodintas ežeruose, yra vadinamas lakštiniu dirvožemiu. Dauguma šiaurinių dirvožemių pirmiausia yra dumblas ir molis. Jų tinkamumas pamatams svyruoja nuo prastos iki vidutinės.

Jūriniai dirvožemiai:

Dirvožemis, vežamas tekančiu vandeniu ir nusodintas vandenynuose, yra žinomas kaip jūros dirvožemis. Jūriniai dirvožemiai pirmiausia yra šlakai ir moliai ir yra labai minkšti.

Vėjo transportuojami dirvožemiai (eoliniai dirvožemiai):

Vėjas yra dar viena svarbi terpė dirvožemio transportavimui. Vėjo transportuojami ir deponuoti dirvožemiai vadinami eolinių dirvožemių. Ši transporto rūšis paprastai gamina labai prastą dirvožemį dėl stiprios vėjo rūšiavimo galios. Šie dirvožemiai paprastai yra labai laisvi ir turi sąžiningas inžinerines savybes.

Eoliniai dirvožemiai yra dviejų tipų:

Loess:

Srutos yra gilūs vėjo sukeltų šilkinių nuosėdų nuosėdos. Tokie indėliai dažnai būna žemyn dykumoje. Šie nuosėdos yra labai didelės. Srutos yra gana stiprios, kai jos yra sausos, tačiau sudrėkusios tampa silpnos.

Smėlio kopos:

Mažos nereguliarios kalvos, susidariusios dėl smėlio kaupimosi kai kuriuose paplūdimiuose ir kai kuriose dykumos srityse, vadinamos smėlio kopomis. Tikėtina, kad smėlio kopos susikurs, kai vėjas pučiuos nuosekliai tik iš vienos krypties. Šios kopos linkusios migruoti į priekį. Migracijos greitį galima sulėtinti arba sustabdyti, augant atitinkamai kopai.

Gravitacijos saugomi dirvožemiai:

Gręžtiniai dirvožemiai yra palaidi dirvožemis arba uolienų fragmentai, gabenami žemyn nuolydžiu ir nusėda ant šlaito. Šie dirvožemiai taip pat žinomi kaip koluviniai dirvožemiai.

Pakilimo judesiai yra dviejų tipų:

Lėtas ir greitas. Lėtas judėjimas vadinamas šliaužimu, kuris yra apie milimetrų per metus. Greitasis nuokalnės judėjimas vadinamas nuošliaužimu.

Dirvožemio profiliai:

Pirmiausia dirvožemio susidarymas prasideda nuo uolienų suskirstymo į atmosferą ir dirvožemio horizontas sukuria dirvožemio profilį. Dirvožemio profilis yra vertikalus dirvožemio horizontų rodymas. Dirvožemio profilis suskirstytas į sluoksnius, vadinamus horizontais.

Dirvožemio profilį sudaro šie pagrindiniai horizontai:

O horizontas:

Profilio viršuje yra O-horizontas. Jį daugiausia sudaro organinės medžiagos. Skilusi medžiaga ar humusas praturtina dirvožemį azoto, kalio ir kt. Sąlygomis ir padidina dirvožemį ir pagerina dirvožemio drėgmės susilaikymą. O-horizontas gali būti suskirstytas į O ₁ ir O ₂ kategorijas. O ₁ kilmės sudėtyje yra suskaidytos medžiagos, kurios kilmę galima pastebėti regėjimu, o O ₂ horizontuose yra tik gerai suskaidytos organinės medžiagos, kurių kilmės negalima matyti iš karto.

A-horizontas:

Žemiau O-horizontas yra A-horizontas. Tai žymi tikro mineralinio dirvožemio pradžią. Šiuo horizontu organinės medžiagos maišosi su neorganiniais atmosferos produktais. Tai yra tamsios spalvos horizontas dėl organinių medžiagų buvimo. Šio horizonto storis paprastai yra nuo 25 iki 30 cm, bet gali svyruoti nuo 5 iki 60 cm.

B-horizontas:

Po A-horizontu yra B-horizontas. Dažniausiai tai vadinama sub-dirvožemiu. B-horizontas - tai zona, kurioje smulkia medžiaga kaupiasi vandeniu. Kai kuriose dirvose B-horizontas yra praturtintas kalcio karbonatu mazgų pavidalu arba sluoksniu. Jo gylis turi tą pačią spalvą ir tekstūrą. Šio horizonto storis yra 25 - 30 cm, tačiau jis gali svyruoti nuo 10 iki 240 cm.

B-horizontas gali būti suskirstytas į B ₁, B ₂ ir B ₃ tipus. B ₁ yra pereinamasis horizontas nuo A iki B horizonto. Jame dominuoja žemiau esančios B-horizonto savybės, tačiau jame yra tam tikrų A-horizonto charakteristikų. B-horizontai turi mineralų, molio ar organinių medžiagų koncentraciją. B ₃ horizontai ir perėjimas tarp viršutinių B sluoksnių ir medžiagos po juo.

C-horizontas:

C-horizontas yra dirvožemio pagrindinė medžiaga, sukurta vietoje arba transportuojama į dabartinę vietą. Po C-horizontu yra kalnų uoliena. Jo gylis turi tą pačią spalvą ir tekstūrą. Šio horizonto storis svyruoja nuo 5 iki 30 cm. Šis horizontas sudaro didžiąją dalį dirvožemio struktūros statybos medžiagos.