Течен или твърд пясък Енциклопедия на; заобикаляща среда
Пясъкът е един от често срещаните материали в нашата среда. Символично прикрепен към морския пейзаж, той въпреки това е един от основните материали, които влизат в състава на бетона. В допълнение, това е един от основните компоненти на почвите и като такъв е познат на всеки инженер-геотехник. Роден от разлагането на кристални скали, той често се представя като особено илюстративен пример за гранулирани материали, където неправилното разположение на зърната му ще му придаде много уникални свойства. Тази статия има за цел да направи преглед на някои от тези свойства, след като припомни произхода на пясъка.
1. Откъде идва пясъкът? ?
Пясъците представляват крайно състояние на деградация на много скали, особено на магматични скали, образувани от дълбока кристализация, състоящи се от зърна. Гранитните скали [1] са отличен пример, те са основните върхове на повечето високопланински масиви (Mont-Blanc, Ecrins, Ambin, Argentera). Чрез ерозионния ефект, неизбежна последица от стареенето на материала под въздействието на агресивни агенти (главно климатични), скалите се фрагментират на по-малки елементи, докато се разлагат в гранулиран възел, където „намираме зърната на оригиналната скала (Фигура 1). Този сбор се нарича гранитна арена. Например за гранит намираме кристали слюда, кристали от полеви шпат и кристали от кварц. Поради физико-химичните промени, които продължават, само зърната на кварца често продължават, образувайки по този начин пясъка на бреговете на реката или на плажовете.
2. История на зърната
За инженера-геотехник, който се интересува от почвите в очакване на бъдещи строителни работи (изграждане на пътна конструкция, сграда, язовир, офшорна структура), плътността на пясъка, който представлява почвата, е от първостепенно значение, тъй като механичното поведение (т.е. начинът, по който почвата се деформира под действието на дадено натоварване) изобщо няма да бъде еднакво в зависимост от това колко е плътен или хлабав пясъкът. И за повечето строителни работи е от съществено значение да се предотврати деформацията на почвата извън много строги граници !
3. Твърдо вещество, въздух и вода
Фигура 3. Диаграма на различните състояния на водата в почвата: (а) хигроскопичен режим, (б) махален режим, (в) фуникуларен режим, (г) капилярен режим. [източник: Според Luc Scholtes (2008): Микромеханично моделиране на частично наситени гранулирани среди. Докторска дисертация, Инженерни науки [физика], Institut National Polytechnique de Grenoble.] Пясъкът в почвите рядко се състои само от твърди зърна и въздух. Всъщност кухините между зърната могат да бъдат заети от течност (често вода, но понякога и въглеводороди, както в катранените пясъци на Канада). Тази течност може да заеме всички кухини (ще кажем, че пясъкът е наситен) или само част от кухините (Фигура 3). Наличието на течност дълбоко променя механичното поведение на пясъчна почва. Ако кухините между зърната съдържат малко вода, тогава между зърната се развиват сили (наречени капиляри), които оказват привлекателен ефект между тях, отговорен за сцеплението на пробата. Ето как можете да изградите пясъчен замък, с вертикални стени! Ако материалът е наситен (което се случва, когато приливът се повиши), замъкът се срива, поради изчезването на капилярните сили и следователно от сцеплението на материала.