مستخدم:Mohammad Hijjawi/مسودة مقال سويل ميكانيكس الجزء التاسع

الخاصية الشعرية(بالإنجليزية: Capillary action)‏

بسبب وجود ظاهرة التوتر السطحي(بالإنجليزية: Surface tension)‏، ذلك يؤدي إلى ارتفاع منسوب المياه في أنبوب شُعيري صغير موضوع فوق السطح الحرّ للماء. لذلك ترتفع المياه فوق سطح المياه الجوفية من خلال فراغات مساميّة صغيرة بين جزيئات التربة. في الحقيقة تكون التربة مشبعة تماماً بالماء لبعض المسافات فوق سطح المياه الجوفية(بالإنجليزية: Water table)‏. قد تكون التربة فوق ارتفاع منطقة التشبع الشّعري(بالإنجليزية: Capillary saturation)‏ مبتلة لكن كمية المياه التي تحتويها التربة سوف ينخفض كلما اتّجهنا إلى أعلى أيّ زيادة الارتفاع. إذا كان الماء في المنطقة الشّعرية(بالإنجليزية: Capillary zone)‏ لا يتحرك، يكون ضغط المياه حسب معادلة الاتزان الهيدروستاتيكي $u=\rho _{w}gz_{w}$، ولكن لاحظ أن قيمة $z_{w}$ تكون سالبة فوق مستوى المياه الجوفية. وبالتالي يكون ضغوط المياه الهيدروستاتيكية سالبة أيضاً فوق مستوى المياه الجوفية. يعتمد سمك منطقة التشبع الشّعرية على حجم المسامات في جزيئات التربة، ولكن عادة تختلف ارتفاعات منطقة التشبع الشّعرية بين سنتيمتر واحد أو نحو ذلك للرمل الخشن وتصل إلى عشرات الأمتار في الوحل أو الطين.

يكون في الواقع فراغ المسام للتربة هو كسير او فراكتال منتظم، على سبيل المثال يكون عبارة عن مجموعة من الفركتلات(بالإنجليزية: D-dimensional fractals)‏ موزعة بشكل منتظم من متوسط الحجم الخطي L. وبالنسبة للتربة الطينية فقد وجد أن L = 0.15mm و D = 2.7.

توضح ظاهرة التوتر السطحي للماء لماذا لا يخرج الماء من قلعة رملية رطبة صنعت على الشاطئ أو كرة رطبة من الطين. تجعل القيم السالبة لضغوط المياه الماء يلتصق على جسيمات التربة ويسحب الجسيمات لبعضها البعض أي أنها تتجاذب، ويجعل الاحتكاك بين جزيئات التربة المتصلة قلعة الرمل مستقرة. ولكن حالما يتم غمر قلعة الرمال الرطبة تحت سطح الماء الحر، يتم فقدان القيم السالبة للضغوط وتنهار القلعة. وبالنظر إلى معادلة الإجهاد الفعال(بالإنجليزية: Effective stress)‏ $\sigma '=\sigma -u$، إذا كانت قيمة ضغط الماء سالبة، قد تكون قيمة الإجهاد الفعال موجبة حتى على السطح حر(السطح الذي يكون الإجهاد الطبيعي الكلي يساوي صفر)(بالإنجليزية: Free surface)‏.يسحب الضغط المسامي السالب جسيمات التربة لبعضها البعض ويسبب قوى ضاغطة بين جسيمات التربة المتصلة. يمكن أن تكون الضغوط المسامية السالبة(بالإنجليزية: Negative pore pressures)‏ في التربة الطينية أقوى بكثير من تلك الموجودة في الرمال. ولهذا تفسر الضغوط المسامية السالبة لماذا تتقلص التربة الطينية عندما تجف وتنتفخ عندما تكون رطبة. يمكن أن يسبب الانتفاخ والانكماش إجهاد ومشاكل خاصة للمنشات الخفيفة والطرق.

في أقسام لاحقة من هذه المقالة سوف تعالج ضغوط المياه المسامية لمشاكل التسرب(بالإنجليزية: Seepage)‏ والتضاغط(بالإنجليزية: Consolidation)‏.

التضاغط(بالإنجليزية: Consolidation)‏

التضاغط هو عملية تقل فيها حجم التربة. يحدث ذلك عندما يتم تعريض التربة للإجهاد الذي يجعل جزيئات التربة متراصة أكثر وأكثر، وهذا يؤدي الى تقليل حجم التربة. عندما يحدث هذا في التربة المشبعة بالماء، يؤدي هذا الى خروج الماء من التربة. قد يكون الوقت اللازم لخروج الماء من طبقة سميكة من التربة الطينية سنوات عديدة. اما في حالة طبقة من الرمال، قد يخرج الماء في بضع ثوان. عند ردم التربة وبناء الاساسات عليها سوف يؤدي إلى تراص التربة أسفلها وهذا سوف يسبب الهبوط الذي بدوره قد يسبب الاجهاد للمبنى. طور كارل تيرزاغي نظرية التضاغط التي تمكن من التنبؤ بكمية الهبوط والوقت اللازم للهبوط التضاغطي(بالإنجليزية: Consolidation settlement)‏. يتم اختبار التربة بجهاز الأودوميتر(بالإنجليزية: Oedometer test)‏ لتحديد مؤشر الانضغاط(بالإنجليزية: Compression index)‏ ومعامل التضاغط.

عندما يتم إزالة الإجهاد من التربة المتضاغطة، التربة سوف ترجع إلى وضعها الأصلي تقريباً قبل التضاغط، وتسحب الماء مرة أخرى للمسامات واستعادة بعض من حجم التربة الذي فقد أثناء عملية التضاغط. إذا تم تعريض التربة للإجهاد مرة أخرى، فإن التربة تتضاغط مرة أخرى على طول منحنى إعادة الانضغاط وذلك حسب مؤشر إعادة الانضغاط. يعتبر تضاغط التربة تحت ضغط كبير وبعد ذلك أزيل هذا الضغط تربة متضاغطة بشكل مفرط(بالإنجليزية: Overconsolidated soil)‏. تسمى القيمة القصوى للإجهاد المسبق الفعال العمودي(بالإنجليزية: Maximum past vertical effective stress)‏ بإجهاد مسبق التضاغط(بالإنجليزية: Preconsolidation stress)‏. تعتبر التربة التي تتعرض حاليا للقيمة القصوى من الإجهاد المسبق الفعال العمودي بالتربة المتضاغطة طبيعيا. نسبة التضاغط المفرط(OCR)(بالإنجليزية: Overconsolidation ratio)‏ هي النسبة بين القيمة القصوى للإجهاد المسبق الفعال العمودي والإجهاد الحالي الفعال العمودي(بالإنجليزية: Current vertical effective stress)‏. نسبة التضاغط المفرط هي مهمة للسببين التاليين: في البداية لأن انضغاط التربة المتضاغطة طبيعيا يكون أكبر بكثير من تلك التربة المتضاغطة بشكل مفرط، والسبب الثاني يرتبط سلوك القص وانتفاخ(تمدد)التربة الطينية بنسبة التضاغط المفرط(OCR) من خلال ميكانيكا التربة للحالة الحرجة، فإن التربة الطينية مفرطة التضاغط بشكل هائل تكون معرضة للانتفاخ او التمدد(بالإنجليزية: Swelling)‏، في حين أن التربة المتضاغطة بشكل طبيعي تتعرض عادة الى الانكماش(بالإنجليزية: Contraction)‏.