בבנייה, תכונות הקרקע חשובות, במיוחד כיצד סוגי אדמה שונים מתנהגים בעומס וכיצד המבנים עצמם משפיעים עליה. ישנה דיסציפלינה מיוחדת החוקרת את החוזק והיציבות של מסות קרקע ואת התנאים לשימוש בהן כיסודות לבניית מבנים. הבה נבחן מה כלול במושג מכניקת הקרקע, כיצד לחשב נכון פרמטרים של קרקע.
צפיפות קרקע
צפיפות היא תכונה של קרקע שנקבעת על ידי היחס בין משקל סגולי לנפח.זה תלוי בהרכב המינרלי של הקרקע, כמו גם במידת הפיזור, ולכן קרקעות חרסית צפופות יותר מקרקעות חוליות, למרות העובדה שיש להן אותו הרכב מינרלי.
בין התכונות הפיזיקליות והמכניות של קרקעות, הצפיפות נחשבת לאחת העיקריות שבהן. ניתן לשפוט את מצבם לפי הצפיפות האופיינית להם. קביעת צפיפות נחוצה במהלך בניית כבישים, יסודות מבנים (להפצת מתחים לאורך הבסיס), בעת הנחת תקשורת, כדי לחשב את ההתנגדות של מדרונות למפולות, התיישבות של מבנים בנויים, כדי לקבוע את נפח עבודות העפר.
צפיפות משפיעה על חדירות הקרקע. אם הוא רטוב או בעל כושר ספיגה טוב, אז לאחר בניית הבניין הוא יכול להתכווץ; בחורף מתעוררת בעיה נוספת - התחמקות הכפור. ידיעה מהי הצפיפות של האדמה תעזור למנוע הרס או הצפה של בניין ולבחור חומרים מתאימים לבנייה.
צפיפות חלקיקים
זהו מאפיין פיזי של הקרקע, תלוי בהרכב המינרלים, חומרים אורגנומינרליים ואורגניים. צפיפות החלקיקים היא היחס בין מסת החלקיקים המוצקים באדמה יבשה לחלוטין (ללא לחות) לנפח שלה עם מבנה בלתי מופרע. תלוי בהרכב המינרלים, צפיפות החלקיקים נקבעת על ידי הקשרים המבניים והמבנה, נקבוביות הקרקע. ככל שהאדמה מכילה יותר מינרלים ופחות נקבוביות, כך היא צפופה יותר.
בהתבסס על ערך צפיפות החלקיקים, נקבעים ערכי חוזק ומאפייני דפורמציה, המשמשים להערכת יכולת הנשיאה של קרקעות ואפשרות השימוש בהן לבניית מבנים.
לחות אדמה
לחות היא היחס בין מסת הנוזל המצוי באדמה למסה היבשה שלה. כושר הנשיאה של הקרקע תלוי במאפיין זה.כמעט בכל הקרקעות, למעט סלעים גסים וחול גס, כושר הנשיאה פוחת עם עליית הלחות. אז, עבור אחד רווי מים זה יהיה פחות מאשר עבור אחד יבש.
הלחות נקבעת במעבדה בשיטת הדחיסה, כלומר נקבעת באיזו לחות תקבל הקרקע את הצפיפות הגדולה ביותר. המאפיין מבוטא באחוזים, מ-0 עד 100%. הלחות האופטימלית עבור חול היא 8-14%, עבור חולית - 9-15%, טיט - 12-18% וחימר - 16-26%.
תִשׁבּוּץ
הרכב גרנולומטרי או מכני הוא אחוז התכולה של חלקיקים בגדלים שונים באדמה או בסלע, ללא קשר להרכב הכימי והמינרלי שלה. חלקיקי אדמה הם שרידים מבודדים של סלעים, מינרלים, תרכובות אמורפיות ושאר מרכיבי אדמה שנמצאים בקשר כימי. חלקיקים בגודל דומה משולבים לשברים. ישנם הסוגים הבאים של אלמנטים מכניים בקרקע: אורגנומינרליים, אורגניים ומינרלים.
תכונות הייצור החקלאי של הקרקע תלויות בהרכב המכני, למשל, היכולת להעביר ולשמור על לחות ואוויר, תהליכי תנועת חומרים, הצטברות והתמרה, מבנה, משטרי חום ואוויר.ובסופו של דבר, זה תלוי במידת הפורייה של האדמה, גם עם עיבוד, השקיה ודישון מתמידים וגם בלעדיהם.
צפיפות אדמה יבשה
הוא מוגדר כיחס בין המסה של אדמה יבשה לחלוטין (ללא לחות בנקבוביות) לנפח, תוך התחשבות בנפח הנקבוביות. המאפיין נמדד ב-g למטר מעוקב. ראה ניתן לקבוע אם תכולת הלחות והנקבוביות ידועות. החישובים מתבצעים בתנאי מעבדה.
מקדם נקבוביות
המקדם מראה נוכחות של חללים קטנים באדמה. מחושב כיחס באחוזים בין נפח החללים לנפח הכולל. כדי לקבוע את הערך על קרקעות שונות, נעשה שימוש בשיטות שונות. בקרקעות חרסית, עקב לכידות, נקבוביות נקבעת בהתאם למשקל הנפחי והסגולי של הקרקע הנדגמת.
קביעת מקדם הנקבוביות הכרחית לקראת הבנייה, שכן יש קשר בינו לבין מאפיינים אחרים. רמת כושר הנשיאה תלויה במדד הנקבוביות; היא יורדת ככל שהנקבוביות פוחתת. ללא מידע על נקבוביות, אי אפשר לדעת את מידת עמידות הקרקע או לקבוע את יכולת העיוות האפשרית של מבנים.
דפורמציה של מבנים מתרחשת עקב תנועה ודחיסה של חלקיקי אדמה, למשל, בגלל השפעת המשקעים. רטיבות לא משמעותית ואחידה אינה מפחיתה את יציבות המבנים, אך כמות גדולה של רטיבות עלולה לגרום לעיוותים לא רצויים. משקעים לא אחידים מסוכנים אף יותר; הם עלולים לגרום לתזוזות והטיות, ולהוביל למתח יתר במבנים נושאי עומס. אם כושר הדחיסה של הקרקע מתחת לחלקים שונים של הבסיס אינו זהה או שהעומס עליה שונה, לעתים קרובות אתה יכול להיתקל בעיוות של הבניין בצורה של סדקים ושקיעה.
רמת לחות
זהו היחס בין לחות הקרקע הטבעית לתכולת הלחות, התואם לתכולת הלחות כאשר נקבוביות מלאות במים, בהן לא נשארות בועות אוויר. אדמה עם אינדיקטורים מ 0 עד 0.5 נחשבת ללחות נמוכה, רטובה - מ 0.5 עד 0.8 ורווית מים - מ 0.8 עד 1. קרקעות חימר לרוב רטובות יותר, קרקעות חוליות יבשות, בהתאמה.
מחשבון לחישוב פרמטרי קרקע
בתכנון מבנים נעשה שימוש במודלים שונים של חישוב, המשמשים לקרקעות בעלות מורכבות משתנה. עבור משימות כלליות, ההערכה העיקרית היא יכולת הנשיאה, החושפת את תכונות החוזק והדפורמציה של היסודות. עם זאת, מודלים חישוביים בסיסיים יכולים לסייע בחישובם עבור משימות ספציפיות.
כדי לפשט את החישובים בעת יצירת פרויקט, נעשה שימוש בנוסחת Prandtl, המסייעת בחישוב כושר הנשיאה של הקרקע. כדי לקבוע את מידת היציבות והחוזק של הבסיס ולקבוע עיוות אפשרי, יש צורך לקבוע את מידת הלחץ. לשם כך, ניתן ליישם משוואות המבוססות על הקשר הליניארי בין מתח ומתח, למשל, חוק הוק. לפיכך, העומס על הבסיס לא צריך להיות גדול מההתנגדות האולטימטיבית של הקרקע.
החישוב מתבצע על פי כושר הנשיאה לקביעת אובדן היציבות האפשרי של המבנה, אופי ההרס, מידת העיוות וסוגו. מחושב גם המצב בו פעילות רגילה עלולה להיות קשה, עמידות המבנה פוחתת עקב אפשרות לשקיעה, הטיה וכדומה.
התכונות הפיזיקליות של קרקעות הן המאפיינים המגדירים לפיהם ניתן לקבוע את מצב הקרקע והאפשרות לשינוי פרמטרים בהשפעת גורמים פיזיקליים וכימיים שונים.
כדי לקבוע את סוג הקרקע והתנהגותה כבסיס לבנייה, המאפיינים הדרושים להחלטות תכנון, תנאי מוקדם הוא קביעת מאפיינים פיזיים ומכאניים בשיטות מעבדה.
