УНИВЕРЗИТЕТ „СВ. КИРИЛ И МЕТОДИЈ“

ГРАДЕЖЕН ФАКУЛТЕТ - СКОПЈЕ

Предмет :

Механика на почви

Содржина на вода

Семинарка работа

Кандидат:

xxxx

бр. Индекс xxx

Професор :

п роф . д - р. Љупчо Димитриевски

Скопје, декември 2014

ii

Содржина

Вовед

Вода во почвата,нејзина форма и својство ........................................................................... 2

Взаемно дејство на вода и почва .................................................................................................... 3

Содржина на вода во почва ..................................................................................................... 4

Солена вода во почвите ....................................................................................................... 5

Взаемни одниси меѓу некои физичко-меџханички параметри на почвите ................................. 6

Однос меѓу специфична тежина,единечна тежина,порозност и содржина на вода ..................6

Однос меѓу единечна тежина.коефициент на порозност,содржина на вода и специфична

тежина.....................................................................................................................................................7

Оптимална содржина на вода...............................................................................................................9

Методи за определување на содржината на вода во почвите..........................................................10

Заклучок................................................................................................................................................12

Користена литература..........................................................................................................................13

1

Вовед

Почвите можат да се разгледуваат како најстари и најкомплексни од

конструктивните материјали користени во инженерство.Секоја конструкцијаа,било тоа

да е зграда,мост,аеродром,пристаниште,хидроелектрана или други објекти мора да биде

фундирана на почвената основа,затоа е многу важно познавањето на физичко-

механичките карактеристики на почвата.

Содржината на вода е една од тие карактеристики од која зависат други физичко-

механички карактеристики како збиеноста на почва,конзистенција кој имат влијаније

врз носивоста на почвата.

Освен во градежништво влажноста на почва имат значајна улога во

земјоделско,каде претставува оснновен услов за развивање на растенијите.

Во ова семинарска работа се разгледуваа само улогата на почвата во градежничтво

односно во првата глава се разгледува формата на водата во почвите и нејзини

својства,во втората глава,влажноста на почвата потоа во трета,четврта и пета глава се

разгледуваат односот на влажноста на почва и другите физички-механички

карактеристики,оптималната влажност и методите за мерење на влажноста.

2

1.0 Вода во почвата,нејзина форма и својство

Во природните почви секогаш е присутна поголемо или помало количество и

течната компонента,односно водата.Присуството на водата во почвите има посебно

влијание на физичко-хемиските карактеристики,особено за кохерентните глинести

почви.Водата има влијание врз јакосните карактеристики на почвите,а посебно на

глинестите,како и врз оптоварубањето на почвите преку објектите изградени врз нив.

Во почвите се разликува слободна и сврзана вода.Слободната вода или

гравитациона вода, се потчинува на законите на хидростатика.Оваа вода може слободно

да навлегува и излегува од почвите под дејство на атмосферскиот притисок и сопствена

тежина.

Врзната вода може да биде:

Хемиски врзана вода

Површински врзана вода

Капиларно врзана вода

Од геомеханички аспект од интерес е само хемиски сврзната вода која се одвојува

на температура од 105 − 107°С.Хемиски врзната вода се јавува во следниве

форми:конституциона вода,кристализациона вода и цеолитна вода.

Површински сврзната вода или молекуларна водена обвивка е продукт на

молекуларните и електро-молекуларните сили кои предизвикуваат формирање на

преоден слој номеѓу цврстите честитки и медиумот во една суспензија.Дебелината на

молекуларните водени обвивки или количеството на сврзната вода во минералите на

почвите,степенот на дисперзност и хемискиот состав и концентрацијата на почвената

вода која има улога на раствор.

Минерали со поголема хидрофилност сврзуваат повеќе вода околу своите

честитки.Колку еден минерал е посилно диспергиран т.е.издробен на поситни честитки

во единица волумен или единица тежина, а ваквата површина се нарекува специфична

површина.Поради ова,силно дисперзните материјали,какви што се глините,имаат

интензивни површински појави ог каде и доаѓа поголемата количина на сврзната вода.

Капиларната вода се наоѓа и ги исполнува целосно или делумно порите во

почвата.Нивото на капиларната вода во ситно дисперзните почви е далеку повисоко од

нивото на слободната или моменталната вода во почвите.Појавата на капиларното

издигнување на водата се должи на енергијата на хидратизирање на јоните и молекулите

при навлажување и според тоа има електро-хемиска основа.

Во природата порите на почвата имаат поразлични карактеристики отколку

капиларните цевчиња,така што тие претставуваат мрежа од каналчиња со неправилна

форма,распоредени во сите правци и со променливи отвори,што на аналитичкото

определување на висината на капиларното качување му дава само ориентационо

значење а прваа вредност може да се одреди со толерантна точност само преку

опити.Капиларната вода во почвите,освен по начинот на нејзината појава по ништо

друго не се разликува од гравитационата вода(слободната вода).Два фактора се од

значење во маханиката на почвите кога се прави разлика номеѓу капиларната и

гравитационата вода .Првиот е тоа што самото издигнување на водата над нивото на

гравитациона почвена вода ги навлажува и оние почвени слоеви кои без појавата на

капиларност би останале природно влажни или суви.Второ,капиларната вода

предизвикува капиларен притисок врз цкелетот на почвите од кој притисок почвите се

слегнат и збиват.

3

Количеството на водата присутно во почвите во голема мера ги одредува

физичко- техничките својства на почвите.При мало количество на водата во почвите се

добива само хидроскопната цврсто сврзната вода при поголемо количество доаѓа до

формирање на слабо сврзана површинска и капиларна вода која е неподвижна.При

заситени почви имаме појава на подбижна вода која се потчинува наполно на законите

на хидрауликата за движење бо порозна средина т.е.имаме создавање на слободна

гравитациона вода.

1.1 Взаемно дејство на вода и почва

Во глините се присутни катијони и негови соодвени анијони независно од

почвата дали е во влажна или сува состојба.Кога се додава вода во глината овие анијони

и катијони ги опкружуваат глинестите честитки(сликс 1.1)

слика 1.1

Молекулата на вода е диполарна бидејќи атомите на водород не се симетрично

наредени околу атомот на кислородод(слика 1.2,а),што значи дека молекулата на водата

на едниот крај е позитивна електризирана,на другиот негативна.Постојат три начина

како овие диполарни молекули можат де се привлекуват до површината на честичките

на глината (слика 1.2 б).

слика 1.2 а

слика 1.2 б

4

1. Привлекувањето помеѓу негативно наелектризирани страни на глинестите

честитки и позитивните краеви на диполите.

2. Привлекувањето помеѓу катијоните во двослојната водена обвивка и негативните

наелектризирани краеви на диполите.

3. Со споделување на водородните атоми во молекулата на водата со водородот

поврзан меѓу атомите на кислородот во почвата и атомите на кислородот во

молекулата на водата.

Електрично привлечената вода која ги опкружит честитките на глината се нарекува

електрохемиска водена двослоена обвивка.

2.0 Содржина на вода во почва

Во геомаханичките проблеми се поставува прашање за количеството на водата

кое го содржи почвата.При тоа за цели овој податок е дефиниран како содржина на

водата или влажност на почва.

Содржината на вода се дефинира како однос на тежината на водата(𝑊𝑤)во

почвата према тежината на цврстите честитчки(𝑊ѕ)-релативна содржина на вода или

према вкупната тежина-апсолутна содржина на водата,кои се определуват со равенките:

𝑤 =𝑊𝑤

𝑊𝑠∗ 100%

𝑤 =𝑊𝑤

𝑊∗ 100%

Содржината на вода служи за определување на степенот на водозаситеност на

почвата и како податок за определување на други физички-механички карактеристики

на почвата.

Определувањето на содржината на водата се врши по пат на сушење на влажниот

материјал во сушара на температура од 105°С,до постојаност на тежината,што се

контролира со постапно мерење на сушениот материјал во интервали од по 1

час.Постојат и брзи методи за определување на содржина на водата преку апарати на

принцип на реагенс со карбид,со радиоактивни изотопи и сличо.

Содржината на водата од опитот на сушење се определува преку следните изрази:

𝑤 =𝑊 − 𝑊𝑠

𝑊𝑠 − 𝑊𝑡∗ 100% за релативната влажност

𝑤𝑎 =𝑊 − 𝑊𝑠

𝑊 − 𝑊𝑡∗ 100% за апсолутната влажност

𝑊-тежина на влажниот примерок заедно со садот[g]

𝑊𝑠-тежина на сувиот примерок во садот[g]

𝑊𝑡-тежина на садот во кој се суши примерокот[g]

5

2.1 Солена вода во почвите

Ако водата во почвата е солена,растворениот сол ќе останит во почвата после

процесот на сушење во сушара и добиваме неточни резултати,затоа често за содржината

на вода се користит и содржината на течности(флуиди),се дефинира како однос на

масата на флуидот(вода и сол) и масата на почвата во сува состојба.

𝑤𝑓 =𝑚𝑓

𝑚𝑑∗ 100%

Ако е позната содржината на солта,содржината на флуиди се определи со изразот:

𝑤𝑓 =1000𝑤

1000 − 𝑝(1 +𝑤

100)∗ 100%

𝑤𝑓-содржина на флуиди[%]

𝑤-влажност[%]

𝑝-содржина на сол [mg/1000]

Ако е позната содржината на солта и густината на флуидот содржината на флуидот се

определува со изразот:

𝑤𝑓 =1000𝑤

1000 −𝑞

𝜌𝑓(1 +

𝑤100)

∗ 100%

𝑞-содржина на солта [g/l]

𝜌𝑓-густината на флуидот[mg/m³]

Морската вода има содржина на солта од 35 [g/l] и содржина на солта од 1.024

[mg/ m³], типични вредности на содржината на флуидот со соодветена содржина на

морска вода во почвата се дадени во табелата 1.

𝑤[%] 10 20 40 60 800 100 120

𝑤𝑓[%] 10.4 20.9 42.0 63.5 85.2 107 130

Табела 1

6

3.0 Взаемни одниси меѓу некои физичко-меџханички параметри на

почвите

3.1 Однос меѓу специфична тежина,единечна тежина,порозност и

содржина на вода

Релативната големина на порите во некоја поќва е многу користена

големина,бидејќи е во тесна врска со многу аспекти на однесувањето на почвата.Еден

од параметри кој ја дефинира релативната големина на порите се дефинира како

порозност n, што претставува однос помеѓу болуменот на порите у вкупниот волумен

на почвата

𝑛 =𝑉𝑣

𝑉

𝑉𝑣-волумен на пори [𝑚3]

𝑉-вкупен волумен [𝑚3]

Телото прикажан на слика ..... имат вкупен волумен од 1 тогаш волуменот на

пори е еднаков со порозностот, волуменот на почвата во сува состојба е еднаков со: 𝑉𝑠 =

1 − 𝑛.Тежината на почвата во сува состојба и волуменска тежината на вода се

определуваат со изразите:

𝑊𝑠 = 𝐺𝑠𝛾𝑤(1 − 𝑛)

𝑊𝑤 = 𝑤𝑊𝑠 = 𝑤𝐺𝑠𝛾𝑤(1 − 𝑛)

𝐺𝑠-специфична тежина

7

𝑤-влажност[%]

𝛾𝑤-волуменска тежина на вода [kN/m3]

𝑛-порозност

Тежинатаta во сува состојба се добива :

𝛾𝑠 =𝑊𝑠

𝑉=

𝐺𝑠𝛾𝑤(1 − 𝑛)

1= 𝐺𝑠𝛾𝑤(1 − 𝑛)

Тежината во влажна состојба се добива:

γ =Wс + Ww

V= 𝐺𝑠𝛾𝑤(1 − 𝑛)(1 − 𝑤)

3.2 Однос меѓу единечна тежина.коефициент на порозност,содржина на

вода и специфична тежина.

Друг взаемен однос кој се користи во механиката н почвите (релативно почесто

одшто порозноста)за прикажување на количестбо на порите е коефициентот на

порозноств е, дефиниран како однос на волуменот на порите и волуманот на цврстите честитки:

𝑒 =𝑉𝑣

𝑉𝑠

Односот меѓу единечна тежина. коефициент на порозност,содржина на вода и

специфична тежина може да се прикажи со сликата. И добиваме:

слика 1.4

8

𝑊𝑠 = 𝐺𝑠𝛾𝑤

𝑊𝑤 = 𝑤𝑊𝑠 = 𝑤𝐺𝑠𝛾𝑤

𝛾 =𝑊

𝑉=

𝑊𝑠 + 𝑊𝑤

𝑉=

𝐺𝑠𝛾𝑤 + 𝑤𝐺𝑠𝛾𝑤

1 + 𝑒=

(1 + 𝑤)𝐺𝑠𝛾𝑤

1 + 𝑒

𝛾𝑑 =𝑊𝑠

𝑉=

𝐺𝑠𝛾𝑤

1 + 𝑒

𝛾𝑑 −волуменска тежина во сува состојба [kN/m3]

Волуменот на порите,како што е прикажано на сл 1.4 може да биде исполнет со

вода и воздух.Меѓутоа во одделни почви,целиот волумен може да биде исполнет само

со вода(слика 1,5),при што такваа почва се нарекуваа водозаситена.На овој начин доаѓа

до нов поим во поглед на заситеност на почвата ,при што се воведува параметарот-

степен на заситеност на почвата-Ѕ.(eng. Saturated).Степенот на заситеност изразен во

волуменски односи претставува однос помеѓу волуменот на водата во даден вкупен

волумен на почвата и вкупниот волумен на порите,кој може да биде исполнет со вода.

𝑆 =𝑉𝑤

𝑉𝑣∗ 100%

слика 1.5

9

Степенот на заситеност се определи и на следен начин:

𝑆 =𝑉𝑤

𝑉𝑣=

𝑤𝐺𝑠

𝑒 или 𝑆𝑒 = 𝑤𝐺𝑠

Од заситеноста на почвата излегува и друг параметар:волуменска тежина во заситена

состојба-𝛾ѕ

𝛾𝑠 =𝑊

𝑉=

𝑊𝑠 + 𝑊𝑤

𝑉=

𝐺𝑠𝛾𝑤 + 𝑒𝛾𝑤

1 + 𝑒=

(𝐺𝑠 + 𝑒)𝛾𝑤

1 + 𝑒… . . [

𝑘𝑁

𝑚3]

Или преку порозност:

𝛾𝑠 =𝑊𝑠 + 𝑊𝑤

𝑉=

(1 − 𝑛)𝐺𝑠𝛾𝑤 + 𝑛𝛾𝑤

1= [(1 − 𝑛)𝐺𝑠 + 𝑛]𝛾𝑤

4.0 Оптимална содржина на вода

При градењето на земјани насипи,брани и слични земјани работи е потребно

материјалот да се збива до одреден степен на збиеност што ќе гарантира стабилност на

објектот.При тоа се поставува прашањето при какви услови на влажноста треба да се

вградува материјалот.Одговорот се добива преку лабораториско испитување по

постапка позната како Прокторов опит.

Оптималната влажност или оптимална содржина на вода е онаа содржина на

водата во почвениот материјал при која во лабораторија при определени услови дадени

од Проктор и со енергија на збивањето од 587 kNm/m³ se постигнува најголема збиеност.

Оптималната влажност е многу значајна карактеристика на почвата бидејќи со

нејзина познавање можит да се достигнува максимална збиеност,со што на посреден

начин се влијае на зголемубање на јакоста на смолкнување и капацитет на носивоста,се

намали тенденцијата на слегање на почвената маса при повторувани оповарувања и се

намалува водопропусноста.

10

5.0 Методи за определување на содржината на вода во почвите

За определување на содржината на водата постојат многубројни методи кои

можат да се делат на неколку групи:

1) Директни методи

2) Лабораторски методи

3) Геофизички методи

4) Методи со сателитско набљудување

Директни методи за определување на содржината на вода

Содржината на вода можит директно да се мерит ако ни се познати волуменот на

материјалот и маса на материјалот во сува состојба користејќи го изразот:

𝑤 =𝑚𝑤 − 𝑚𝑑

𝜌𝑤 ∗ 𝑉𝑏∗ 100%

𝑤 =𝑚𝑤 − 𝑚𝑑

𝑚𝑑∗ 100%

𝑚𝑤-маса на материјалот во влажна состојба[g]

𝑚𝑑-маса на материјалот во сува состојба[g]

𝜌𝑤-густина на бода[g/cm³]

𝑉𝑏-волумен на материјалот пред сушењето[cm³]

Лабораторски методи

Со овие методи влажноста на почва се определуват со постапката на хемиска

титрација,определубајќи го изгубената маса после загревање или после сушењето со

замрзување.

Од годишната книга на АЅТМ(American Society for Testing and Materials)

содржината на вода се определува со изразот:

𝑝 =𝑊 − 𝐷

𝐷

𝑝-дел од испарената вода од почвата

𝑊-маса на примерок

𝐷-маса на примерок после сушење

11

Геофизички методи

Геофизичките методи се брзи методи и се користат за определување на влажноста во in

situ услови.Во овие методи паѓат:метода со неутронска сонда,геоелектрична

томографија,рефракционата метода,рефлексиона метода и др.При испитување со помош

на овие меоди се користат и различни инструменти.

Метода со неутронска сонда користи неутрони со голема енергија кои се

спуштани од извород (апаратот),овие неутрони

се абсорбират од атомите на почвата или се

забават меѓутоа мал дел од неутроните се враќат

во детекторот.Ако неутронот удира водороден

атом во почвата неговата енергија се намалува за

една половина,19 удари се потребни да се

термализираа енен неутрон.Во овај временски

интервал доаѓа до промената на содржината на

атомите на водород и кислород кои директо

влијат во промената на содржината на водата во

почвата, исто така врз содржината на термални

неутрони имат влинаније содржината на вода

користјќи ги овие зависности со инструментот се

определит влажноста на почвата.

Метода со сателитско набљудување

При ова метода се користат микрибранови за проценување на влажноста на

почвата брз основа на големите разлики помеѓу својстбата на влажната и цувата почва.

Микробрановата радијација не осетлива на атмосферските промени и можат да

продирад низ облаци исто така микробрановите влегуват и низ вегетација и да добиват

информаци од површината на земјата.

Слика 1.6 ,неутронска сонда

12

Заклучок

Познавањето на реалнете односи на заедничкото дејствување на тврдите

минерални честитки на почвата со вода,дава можносѕи за утврдуање на внатрешните

врски на почвата,кои ја директираат структурата на почвите ог која во многу зависат

физичко-технчките карактеристики на истите.

Почвите по своите карактеристики се разликуваат од место до место и од една

локација до друга па за усвојување на некакви средни карактеристики на почвите многу

тешко можер да стане збор,поради ова денеска се развиени различни методи за

определување на физичко-механичките карактеристики на почвата-содржоината на вода

за да се добиват најточни резултати во разлишни локациии различни теренски услови.

13

Користена литература

[1] Das, Braja,Advanced soil mechanics,third edition.New York,2008

[2] Димитриевски,Љупчо,Механика на почви,Скопје,

[3] Head,Cobham,Surrey,Manual of soil laboratory testing,third edition,Caithness,2006

[4] International atomic energy agency, Field Estimation of Soil Water Content,Vienna,2008