Folyékony vagy szilárd homok Enciklopédia; környezet
A homok a környezetünk egyik elterjedt anyaga. Szimbolikusan kapcsolódik a tengerparti környezethez, mégis az egyik alapanyag, amely a beton felépítésébe kerül. Ezenkívül a talaj egyik alapvető eleme, és mint ilyen, minden geotechnikai mérnök számára ismerős. A kristályos kőzetek bomlásából született, gyakran szemcsés anyagok különösen szemléletes példájaként kerül bemutatásra, ahol szemcséinek rendezetlen elrendezése nagyon egyedi tulajdonságokat ad neki. Ennek a cikknek a célja néhány ilyen tulajdonság áttekintése, miután felidézte a homok eredetét.
1. Honnan származik a homok? ?
A homok számos kőzet, különösen a mély kristályosítással képződött magmás kőzet lebomlásának végső állapotát képezi, amelyek szemcsékből állnak. Kiváló példa a gránit kőzetek [1], amelyek a legtöbb alpesi masszívum (Mont-Blanc, Ecrins, Ambin, Argentera) fő csúcsai. Az eróziós hatás, az anyag agresszív (főként éghajlati) hatására történő öregedésének elkerülhetetlen következménye, a kőzetek apróbb részekre tagolódnak, amíg szemcsés egységgé nem bomlanak, ahol a 'megtaláljuk az eredeti kőzet szemcséjét. (1.ábra). Ezt az együttest gránitarénának hívják. Például gránitnál csillámkristályokat, földpát kristályokat és kvarckristályokat találunk. A folytatódó fizikai-kémiai változás miatt gyakran csak a kvarcszemcsék maradnak fenn, így a folyó partján vagy a strandokon homok képződik.
2. A gabonák története
A geotechnikai mérnök számára, aki a talaj iránt érdeklődik a jövőbeni mélyépítési munkák (útépítés, épület, gát, partmenti építmény építése) szempontjából, a talajt alkotó homok sűrűsége kiemelkedő fontosságú, mert a mechanikai viselkedés (vagyis a talaj deformációja egy adott terhelés hatására) egyáltalán nem lesz azonos attól függően, hogy milyen sűrű vagy laza a homok. A legtöbb mélyépítési munkához elengedhetetlen a talaj nagyon szigorú határon túli deformációjának megakadályozása !
3. Szilárd, levegő és víz
3. ábra: A talaj különböző vízállapotainak diagramja: (a) higroszkópos rezsim, (b) ingas rezsim, (c) siklórendszer, (d) kapilláris rezsim. [forrás: Luc Scholtes (2008) szerint: Részben telített szemcsés közegek mikromechanikus modellezése. Doktori értekezés, mérnöki tudományok [fizika], Institut National Polytechnique de Grenoble.] A talajban lévő homok ritkán áll csak szilárd szemcsékből és levegőből. Valóban, a szemek közötti üregeket egy folyadék (gyakran víz, de néha szénhidrogének is képesek elfoglalni, mint Kanada kátrányhomokjában). Ez a folyadék elfoglalhatja az összes üreget (azt mondjuk, hogy a homok telített), vagy csak az üregek egy részét (3. ábra). A folyadék jelenléte mélyen módosítja a homokos talaj mechanikai viselkedését. Ha a szemcsék közötti üregek kevés vizet tartalmaznak, akkor a szemcsék között erők (úgynevezett kapillárisok) alakulnak ki, amelyek vonzó hatást fejtenek ki közöttük, és felelősek a minta kohéziójáért. Így lehet homokvárat építeni, függőleges falakkal! Ha az anyag telített (ami akkor történik, amikor az árapály emelkedik), a kastély összeomlik, a kapilláris erők eltűnésével, tehát az anyag kohéziójával.