التربة: التكوين والتصنيف والأهمية

كلمة "التربة" مشتقة من الكلمة اللاتينية "سوليوم" والتي تعني الطبقة العليا من سطح الأرض. هذه الكلمة "التربة" لها معنى مختلف للمهن المختلفة. بالنسبة لرجل زراعي ، فإن المادة السطحية الفضفاضة للأرض هي النباتات التي تنمو.

بالنسبة للجيولوجي ، هي المادة التي تنتج نتيجة لتفكك الصخور والتي لم يتم نقلها من موقعها الأصلي. بالنسبة للمهندس ، فإن التربة عبارة عن تراكم متزايد من المعادن أو الجسيمات العضوية التي تحدث في المنطقة التي تعلو قشرة الصخور.

التربة عبارة عن مواد بناء تتوفر بكثرة ، وفي العديد من المناطق ، تعد في الأساس مواد البناء الوحيدة المتوفرة محليًا. وقد استخدمت الأرض لبناء الآثار والمقابر والمساكن وهياكل الاحتفاظ بالمياه وما إلى ذلك من أيام العصر الحجري الحديث. ميكانيكا التربة هي واحدة من أصغر فروع الهندسة المدنية التي تتضمن جميع المبادئ والتقنيات التي تدرس بها خصائص التربة علميا.

فريف

الدكتور كارل فان Terzaghi ، ودعا الأب من ميكانيكا التربة ، وتحديد ميكانيكا التربة على النحو التالي:

ميكانيكا التربة هو تطبيق قوانين الميكانيكا والهيدروليكا على المشاكل الهندسية التي تتعامل مع الرواسب وغيرها من التراكمات غير المجمعة من الجسيمات الصلبة الناتجة عن التفكك الميكانيكي والكيميائي للصخور بغض النظر عما إذا كانت تحتوي على خليط أو مكونات عضوية.

بالنسبة لمهندس مدني ، فإن دراسة السلوك الهندسي لأنواع مختلفة من التربة أمر مهم للغاية بسبب حقيقة أن جميع هياكل الهندسة المدنية يجب أن تكون مستندة وعلى أساس التربة. يعتمد فشل الهياكل على خصائص قوة التربة. تصبح قوة التربة لتحمل الأحمال عاملاً مهمًا في التصميم الآمن لأساس الهيكل.

يدعى فرع العلم الذي يتناول خصائص وطبيعة وأداء التربة كمواد البناء والأساسات بميكانيكا التربة.

تعرف IS: 2809-1972 ميكانيكا التربة بأنها "فرع الهندسة الذي يتعامل مع تطبيق علوم التربة والقوانين الثابتة والديناميكية والمبادئ والميكانيكا والهيدروليكا لمشكلات هندسية تتعامل مع التربة كمواد بناء".

أهداف ميكانيكا التربة هي:

(ط) إجراء تحقيقات تحت سطح الأرض وتطوير طرق لأخذ عينات التربة.

(2) لتصنيف خصائص التربة لغرض الهندسة المدنية.

(3) تطبيق نتائج التربة على استخدام التربة كمواد بناء.

أهمية دراسات التربة في الهندسة المدنية:

حتى بداية القرن الحالي ، لم تكن هناك أهمية لدراسة خصائص التربة. بنيت معظم المباني التاريخية الهامة على أساس الخبرة في المنطقة والمعرفة الموروثة من الأجداد. لم يكن هناك أي دليل على أي دراسة علمية للتربة لبناء الأساس لهذه المباني / الهياكل. فشل الهياكل الهامة يلفت انتباه المهندسين المدنيين إلى هذا المجال.

ترتكز معظم الهياكل المدنية على سطح التربة ، لذلك تعتمد حياة هذه الهياكل على قدرة تحمل التربة. تعتمد قدرة تحمل التربة على خصائص التربة المختلفة. يمكن تحديد خصائص مختلفة للتربة عن طريق دراسات / تحقيقات تفصيلية عن التربة.

وبمجرد معرفة سعة التحمل والخصائص الأخرى للتربة ، يكون من السهل على المهندس / المصمم الجيوتقني أن يقرر نوع الأساس المناسب لتربة معينة. من خلال دراسات التربة ، يستطيع المهندس أن يقرر ما إذا كانت تربة معينة مناسبة للبناء أم لا. بعض أنواع التربة مثل الخث والطحالب العضوية قابلة للضغط بحيث لا يمكن استخدامها كمواد أساسية ، في حين أن البعض الآخر مثل الرمل والحصى تعتبر مواد أساسية ممتازة لمعظم مشاريع البناء.

بالنسبة للمشروعات صغيرة الحجم ، قد يغتنم المهندسون المدنيون خبرات التربة بناءً على تجربة تلك المنطقة. لكن في بعض الأحيان قد ينتهي الأمر باهظ التكلفة من التكلفة التي تم توفيرها من خلال عدم التحقيق في التربة. أحد هذه التاريخ النقدية هو على النحو التالي. كان من المقرر إنشاء محطة للتكليس (حرق الحجر الجيري) في ولاية آسام. كانت القدرة التقريبية للمصنع 100 طن في اليوم.

لم يكن صاحب المشروع مهتمًا بالتحقيق في التربة وبدأت أعمال البناء دون أي دراسات عن التربة. بدأ التنقيب عن الأساس. بعد الانتهاء من التنقيب اليدوي للتربة لمدة يوم ، كان المالك مقتنعًا تمامًا بأنه يمكن وضع الأساس على عمق تم تحديده مسبقًا لأن التربة كانت صعبة للغاية. في اليوم التالي ، تبين أن الحفرة كانت مليئة بالماء وكانت التربة رخوة تماماً ، وتتصرف مثل السائل.

واستمرت هذه المشكلة ، وأخيرا تقرر وقف التنقيب بعد 5 أمتار ، وبعد ذلك تم استشارة مهندس جيوتقني لاختصار المشكلة. وأخيراً تم دفع أكوام خشبية وتم بناء الأساس. كان على المالك أن يستثمر أكثر مما أنقذ في البداية بعدم اتخاذ قرار بشأن التحقيق في التربة. كانت مشكلة تلك المنطقة هي أن تيارًا من المياه كان يمر عبر الموقع وكانت التربة أقل من 1 في العمق قابلة للضغط للغاية.

بالنسبة للمشروعات الكبيرة مثل مطار الطرق السريعة والسدود الخ. يمكن أن يؤدي تخمين خصائص التربة إلى فشل المؤسسة وخسارة اقتصادية في نهاية المطاف. لذلك فمن المستحسن دائما أن تذهب لدراسات التربة قبل تصميم الأساس للهيكل. قد يختلف مدى دراسات التربة بناءً على أهمية المشروع والصندوق المتاح لهما.

تكوين التربة:

المناطق الداخلية من الأرض هي في حالة منصهرة ، تسمى الصهارة. تتشكل الصخور بسبب تبريد الصهارة المنصهرة وتكسير هذه الصخور في التربة والتربة التي يتم تحويلها مرة أخرى إلى صخور. هذه الدورة تسمى الدورة الجيولوجية كما هو موضح في الشكل 1.1.

الصخور هي المادة الأم للتربة. تتكون التربة من تفكك وتحلل الصخور.

يعود تفكك الصخور إلى:

(ط) التجوية الميكانيكية

(2) التحلل الكيميائي

(3) التحلل البيولوجي.

(1) التجوية الميكانيكية:

ومن المعروف أيضا باسم التفكك الجسدي. في هذه العملية ، يحدث تفكك الصخور من قبل الهيئات المادية مثل جذور النباتات ، الصقيع ، التمدد الحراري إلخ.

(أ) جذور النباتات:

النباتات والأشجار تنمو في الصخور. تدخل جذور هذه النباتات والأشجار في شقوق وصخور الصخور. على مدى فترة من الزمن تصبح هذه الجذور أكثر سمكا وتحفز الضغوط على الصخر مسببة التفكك.

(ب) الصقيع:

يدخل الماء في الشقوق والتشققات الصخرية أثناء المطر. في المناخ البارد ، يتم تجميد الماء وزيادة حجمه. ويرجع ذلك إلى زيادة في حجم الضغوط في الشقوق مما تسبب في تفكك الصخور.

(ج) التمدد الحراري:

الصخور لها معادن مختلفة في ذلك. المعادن المختلفة لديها معامل مختلف للتوسع الحراري. بسبب تغيرات درجة الحرارة ، تتوسع هذه المعادن وتتلامس معها. يتم تطوير الإجهادات بسبب التوسع والتقلص المتكرر للصخور ، مما يؤدي إلى تفكك وتشكيل التربة.

(د) التآكل:

يحدث تآكل الصخور تحت تأثير:

(ط) المياه المتدفقة

(2) نفث الرياح

(3) تتحرك الجليد ، والمعروفة باسم الأنهار الجليدية. هذا التآكل ينتج عنه تكوين التربة.

(2) التحلل الكيميائي:

يطلق عليه أيضا التجوية الكيميائية. في هذه العملية ، يتم تدمير هوية جزيئات المعادن ويتم تشكيل مركبات كيميائية جديدة مثل جزيئات الطين والسيليكون والكربونات وأكسيد الحديد. يعتمد التحلل الكيميائي على ضغط الماء ودرجة الحرارة والمواد المذابة في الماء. يعتمد التجوية الكيميائية على السطح المتاح للتفاعل ودرجة الحرارة ووجود السائل النشط كيميائياً.

تشارك العمليات التالية في التجوية الكيميائية:

(1) الأكسدة:

إنها العملية التي يتحد فيها أيون الأكسجين مع أيونات حديدية من الأكسيد الحديدي. تتعرض الصخور المحتوية على الحديد إلى تحلل كيميائي عن طريق الأكسدة. رد الفعل المشاركة في هذه العملية هو

4Fe +2 + 3O 2 - = 2Fe 2 0 3

(ثانيا) الترطيب:

الترطيب هو العملية التي تتحد فيها المعادن الصخرية مع الماء لتشكيل مركب جديد يختلف عن المعادن الأم. يحدث تحلل الصخور نتيجة للتغير في الحجم الذي يخلق الإجهاد البدني داخل الصخر.

(3) الكربنة:

إنها العملية التي يتحد فيها ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي مع الماء لتكوين حمض الكربونيك. يتفاعل حمض الكربونيك هذا مع معادن الصخور مما يسبب التحلل.

رد الفعل المشاركة في الكربنة هو:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3 ) 2

الكربنة شائعة جدا في المناطق التي لديها قدر كبير من الحجر الجيري.

(4) التحلل المائي:

التحلل المائي هو التجوية الكيميائية التي تؤثر على معادن السيليكات. في مثل هذه التفاعلات ، يتأين الماء النقي قليلاً ويتفاعل مع معدن السيليكات. وعلى سبيل المثال:

الفلسبار البوتاسيوم في hydrolyses المياه الحمضية إلى الكاؤوليت ، الكوارتز وهيدروكسيد البوتاسيوم

2KAISi 3 O 8 + 3H 2 O = Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4SiO 2 + 2KOH

(5) الترشيح:

الغسل هو إزالة المواد القابلة للذوبان عن طريق إذابتها بعيداً عن المواد الصلبة. في هذه العملية ، تذاب بعض المعادن من الصخور وتترسب بشكل منفصل مما يسبب التحلل.

(3) التحلل البيولوجي:

يتم تفكيك المادة العضوية في التربة بالكامل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. تسبب البكتيريا وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة تغيرات كيميائية في محيطها من خلال إنتاج أحماض عضوية ، مما يساعد في تجوية التربة.

التصنيف الجيولوجي للتربة:

على أساس جيولوجي ، يمكن تصنيف التربة إلى مجموعتين:

(ط) التربة المتبقية

(ثانيا) التربة المنقولة.

التربة المتبقية:

تسمى التربة التي تبقى في مكان تكوينها بالتربة المتبقية. إذا تجاوز معدل تحلل الصخور معدل إزالة منتجات التحلل ، فإن تراكم نتائج التربة المتبقية. يعتمد سمك التربة المتبقية على المناخ والوقت ونوع الصخور المصدر. توجد هذه التربة مباشرة فوق الصخرة الأم. يتجاهل الصخور والصخور الرسوبية هي المادة الأم للتربة المتبقية.

يمكن تقسيم المظهر الجانبي للتربة إلى ثلاث مناطق:

(أ) المنطقة العليا ، حيث توجد درجة عالية من التجوية وإزالة المواد.

(ب) المنطقة الوسيطة ، حيث يوجد بعض التجوية في الجزء العلوي من المنطقة ، ولكن هناك ترسب باتجاه الجزء السفلي من المنطقة.

(ج) المنطقة المجففة جزئيا ، حيث يكون هناك انتقال من المواد المتقلبة إلى صخرة الوالد التي لم تتعرض لظروف الطقس.

التربة المنقولة:

والتربة المنقولة هي تربة يجري نقلها من مكان تكوينها إلى مكان آخر بواسطة وكالات النقل. قد تكون وكالات النقل هي الأنهار الجليدية أو المياه أو الرياح أو الجاذبية. هذه الوكالات الناقلة تعمل إما منفردة أو مجتمعة.

التربة الجليدية المنقولة:

وتشمل التربة الجليدية المنقولة المواد المنقولة وإعادة ترميمها بواسطة النهر الجليدي أو بمياه الجليد المتدفقة من الأنهار الجليدية. تجلب الأنهار الجليدية معها كميات هائلة من الحطام المعدني الذي يمتزج بالثلج ويبتعد. يتم إيداعه عندما يذوب الجليد على بعد عدة أميال من الموقع الأصلي.

يتم تمييز هذه الأنواع من الودائع باستخدام المصطلحات التالية:

(أ) الركام:

الركام هو مادة جليدية مودعة بالثلج وليس بالمياه الذائبة.

(ب) الانجراف:

الانجراف هو المواد التي تنقلها الأنهار الجليدية وتترسب من الماء الذائب. الانجراف لديها ترتيب الطبقية.

(ج) حتى:

حتى تكون الخلائط غير متجانسة وغير متجانسة من الطين أو الطين المبلل مباشرة بالثلج.

(د) رواسب Glaciofluvial:

رواسب Glaciofluvial هي المواد التي تنقلها الأنهار الجليدية وتترسب بالمياه الذائبة مع التقسيم الطبقي. هذه تتكون من طبقات رقيقة متناوبة من الصمت الرمادي المتوسط ​​وتغمق الطين الغريني.

التربة التي تنقلها المياه:

وتعرف المواد المنقولة وإعادة الإيداع عن طريق عمل الماء باسم "الطمي". يتم تكوين تيارات في واد بسبب هطول الأمطار الغزيرة. المياه المتدفقة من تيارات تحمل معها جزيئات التربة المختلفة سواء في التعليق أو لفها على طول القاع. بسبب التآكل المتآكل لجزيئات التربة يحدث وبالتالي يقلل من حجم الجسيمات.

يعتمد حجم الجزيئات التي يمكن نقلها بالتربة على سرعة الماء. إذا كانت السرعة أكثر ، فإنها يمكن أن تحرك جسيمات كبيرة الحجم وعندما تنخفض السرعة ، يتم ترسيب الجزيئات الأكبر. يتم نقل الجسيمات الدقيقة إلى الجزء البطيء من التدفق عندما يتم إيداعه.

تصنف التربة التي تنقلها المياه على النحو التالي:

(ط) التربة الطميية

(ثانيا) التربة Lacustrine

(3) التربة البحرية.

التربة الغرينية:

وتعرف التربة المنقولة من مكان تفككها من خلال المياه المتدفقة وتترسب على طول مجرى النهر بالتربة الغرينية. هذه التربة شائعة جدا ويتم بناؤها على عدد كبير جدا من الهياكل الهندسية عليها. غالبًا ما تحتوي التربة الطميية على طبقات أفقية متبادلة لأنواع مختلفة من التربة.

التربة Lacustrine:

وتسمى التربة المنقولة عن طريق المياه المتدفقة والمودعة في البحيرات بالتربة lacustrine. معظم أنواع تربة الاسبسترين هي في المقام الأول الطمي والطين. وتتراوح ملاءمتها للمؤسسة من الفقراء إلى المتوسط.

التربة البحرية:

تُعرف التربة المنقولة عن طريق المياه المتدفقة والمودعة في المحيط بالتربة البحرية. التربة البحرية هي في المقام الأول الصمت والطين وناعمة جدا.

التربة التي تنقلها الرياح (الأراضي الإيولية):

الرياح هي وسيلة أخرى هامة لنقل التربة. وتسمى التربة التي تنقلها وتترسبها الرياح بالتربة الأيولية. هذا النمط من النقل ينتج عادة تربة سيئة للغاية بسبب قوة الفرز القوية للرياح. هذه التربة عادة ما تكون فضفاضة جدا ولها خصائص هندسية عادلة.

التربة الأيولية هي من نوعين:

اللوس:

اللوس هو رواسب عميقة من الصوامع التي تصنعها الرياح. وكثيرا ما توجد مثل هذه الودائع في اتجاه الرياح الصحراوية. هذه الودائع لديها مسامية عالية جدا. اللوس قوي جدا عندما يجف ، لكنه يصبح ضعيفا عندما يبلل.

الكثبان الرملية:

وتسمى التلال المنخفضة غير المنتظمة التي تتكون من تراكمات الرمل على طول بعض الشواطئ وفي بعض المناطق الصحراوية بالكثبان الرملية. ومن المرجح أن تتشكل الكثبان الرملية حيث تهب الرياح باستمرار من اتجاه واحد فقط. هذه الكثبان تميل إلى هبوب الريح. يمكن إبطاء معدل الهجرة أو وقفه عن طريق زراعة النباتات المناسبة على الكثبان الرملية.

التربة المرتفعة الجاذبية:

والتربة ذات الجاذبية الأرضية هي عبارة عن تربة فضفاضة أو شظايا صخرية تنقل إلى أسفل المنحدر تحت تأثير الجاذبية وتترسب على الأرض المنحدرة أو بالقرب منها. هذه التربة تعرف أيضا باسم التربة الطوفانية.

حركات Downslope هي من نوعين:

بطيء وسريع. حركة بطيئة تسمى زحف الذي هو في ترتيب ملليمتر في السنة. حركة الانحدار السريع تسمى الانهيار الأرضي.

ملامح التربة:

يبدأ تكوين التربة أولاً بانهيار الصخور بسبب العوامل الجوية وتؤدي عملية تطوير أفق التربة إلى تطوير صورة للتربة. لمحة التربة هي العرض الرأسي لآفاق التربة. ينقسم التشكيل الجانبي للتربة إلى طبقات تسمى آفاق.

يتكون ملف التربة من الأفق الرئيسي التالي:

يا أفق:

في الجزء العلوي من الملف الشخصي هو O- الأفق. يتكون في المقام الأول من المواد العضوية. المادة المتحللة أو الدبال تثري التربة بالنيتروجين والبوتاسيوم وما إلى ذلك وتعزز التربة وتحافظ على احتباس رطوبة التربة. يمكن تقسيم O-horizon إلى فئتين O 1 و O 2 . تحتوي أصول O 1 على مادة متحللة يمكن رصد منشأها عن طريق الرؤية ، بينما تحتوي O 2 horizon فقط على مادة عضوية متحللة لا يمكن رؤيتها على الفور.

A-الأفق:

تحت الأفق هو الأفق. إنه يمثل بداية التربة المعدنية الحقيقية. في هذا الأفق تختلط المواد العضوية مع المنتجات غير العضوية من التجوية. هو الأفق الملون الغامق بسبب وجود المادة العضوية. سمك هذا الأفق عادة ما يكون من 25 إلى 30 سم ولكن قد يتراوح من 5 إلى 60 سم.

B-الأفق:

تحت الأفق هو الأفق ب. يشار إليها عادة باسم شبه التربة. B-horizon هي منطقة يتم فيها تجميع المواد الناعمة عن طريق رش المياه. في بعض التربة ، يتم إثراء B-horizon بكربونات الكالسيوم في شكل عقيدات أو كطبقة. له نفس اللون والملمس في جميع أنحاء العمق. يبلغ سمك هذا الأفق 25-30 سم ولكنه قد يتراوح من 10 إلى 240 سم.

يمكن تقسيم B-horizon إلى B 1 و B 2 و B 3 . B 1 هو أفق انتقالي من أفق إلى أ. وقد سيطرت عليه خصائص B-horizon تحته ، ولكنها تحتوي على بعض خصائص A-horizon. آفاق B لديها تركيز من المعادن والطين أو المواد العضوية. B 3 آفاق والانتقال بين طبقات B المغطاة والمواد أسفلها.

C-الأفق:

تمثل C-horizon المادة الأم للتربة ، إما أن يتم إنشاؤها في الموقع أو نقلها إلى موقعها الحالي. تحت C-horizon يكمن الأساس. له نفس اللون والملمس في جميع أنحاء العمق. يتراوح سمك هذا الأفق من 5 إلى 30 سم. يوفر هذا الأفق الجزء الأكبر من المواد اللازمة لبناء بنية التربة.

أهمية ملف التربة:

يعتبر ملف التربة ذا أهمية كبيرة للمهندس الجيوتقني على النحو التالي:

(ط) يعطي نوع وطبيعة وسمك طبقات التربة المختلفة الموجودة في تلك المنطقة.

(2) أنه يظهر أي تغيير في سلوك التربة مع العمق.

(3) أنه يعطي عمق المياه الجوفية تحت مستوى سطح الأرض.

(4) يشير إلى أي جيب محلي من أنواع مختلفة من التربة في طبقة معينة.

(5) تشير إلى كيفية تأثر خصائص التربة بالتاريخ الجيولوجي.

(السادس) ويعطي فكرة تقريبية عن عمق الأساس.