الماء في التربة

هناك العديد من التطبيقات لجريان الماء ضمن التربة في مختلف مجالات الهندسة الجيوتكنيكية مثل تخفيض منسوب المياه في أعمال الحفريات وتصريف المياه في أعمال تدعيم التربة ودراسة استقرار بعض المنشآت المعرضة لتسرب المياه وخاصة السدود ذات النواة الترابية والمنحدرات والصفائح الوتدية وتشديد الترب بواسطة التصريف القسري.

أشكال تواجد الماء ضمن التربة

التربة وسط متعدد الأطوار وغالباً يكون ثلاثي الأطوار (الجزيئات الصلبة، والماء، والغاز). يتواجد الماء ضمن التربة بأربعة أشكال:

1.   الماء التكويني: يشمل الماء الذي يدخل في التركيب الكيميائي لمنيرالات جزيئات التربة الصلبة.

2.   الماء المتصل أو الهيدروسكوبي: وهي عبارة عن طبقة رقيقة لزجة نصف صلبة سماكتها تتراوح بين (2-10-3-10) ميكرون وهي تحيط بذرة الغضار، ويعود جزء من تماسك الغضار إلى هذه الطبقة ولا يمكن نزع هذا الماء إلا بدرجة حرارة 105 مئوية.

3.   الماء الشعري: في الترب غير المشبعة يكون الماء على تماس مع الهواء ويشغل جزء من فراغات التربة. تقوم قوى الشد الشعري الناتجة عن تماس الماء بالهواء يلصق الجزيئات ببعضها البعض، ويؤدي ذلك إلى نشوء تماسكاً ظاهرياً للترب المفككة وإلى زيادة تماسك الترب الغضارية.

يصل ارتفاع الماء الشعري في الترب الغضارية إلى عشرات الأمتار بينما لا يتجاوز هذا الارتفاع بضع سنتيمترات في الترب الرملية.

4.   الماء الحر: يملأ الماء الحر جميع الفراغات ويشكل غطاءً مائياً يتحرك بحرية بفعل التدرج الهيدروليكي.

بشكل عام يكون الغطاء المائي محجوزاً بواسطة طبقة تربة كتيمة، وبالتالي فإن كتلة الماء في حالة توازن هيدروستاتيكي، ويدعى الغطاء المائي هذه الحالة بالغطاء الحر في حالة الراحة أو السكون. أما إذا كان هناك إمكانية لجريان الماء فيدعى بالغطاء الحر في حالة الحركة.

نفاذية الترب

يعتبر عامل النفاذية من أهم البارامترات التصميمية للعديد من الأعمال الهندسية كتصريف حفر التأسيس وتخفيض منسوب المياه الأرضية ومشاريع السدود الترابية والسدات المائية.

العوامل المؤثرة على النفاذية

تتأثر نفاذية الترب للماء بالعديد من العوامل وهي:

1-   شكل الحبيبات الصلبة وأبعادها

تتأثر النفاذية بشكل الحبيبات الصلبة وأبعادها ففي حالة الحبيبات ذات الحواف الحادة والمدببة تكون النفاذية أصغر من حالة الحواف الملساء، كما أن نفاذية الترب ذات الجزيئات الخشنة أكبر من نفاذية الترب ذات الجزيئات الناعمة.

2-   الكثافة الجافة للتربة

تؤثر الكثافة الجافة للتربة بشكل مباشر على النفاذية فزيادة الكثافة الجافة تؤدي إلى تناقص حجم فراغات التربة وبالنتيجة تناقص نفاذيتها.

3-   درجة إشباع التربة

في حالة الترب غير المشبعة تقوم فقاعات الهواء المحجوزة ضمن الفراغات بسد هذه الفراغات، وبالتالي تنخفض المسامية لذلك يجب التأكد من الإشباع التام للعينة قبل البدء بقياس عامل النفاذية.

4-   الميل الهيدروليكي

يؤثر الميل الهيدروليكي على نفاذية التربة، حيث تؤدي زيادة الميل الهيدروليكي إلى انخفاض النفاذية وهذا الانخفاض دائم ولا يزول بتخفيض الميل الهيدروليكي، ويمكن تفسير ذلك في أن الجزيئات الناعمة للتربة تتحرك تحت تأثير الميل الهيدروليكي الكبير وتسد فراغات التربة.

5-   حدود اللدونة

تتأثر النفاذية بقرينة اللدونة للتربة حيث تنقص النفاذية مع زيادة قرينة اللدونة (زيادة انتفاخية التربة).

6-   مدة التجربة

عندما تدوم التجربة فترة طويلة فإن عوامل كثيرة تؤثر على النفاذية وتؤدي إلى تخفيض قيمة عامل النفاذية، فيمكن في بعض الحالات وبحسب الماء المستخدم أن تنمو بعض أنواع البكتريا، كما أن حرارة الماء يمكن أن تتغير خلال التجربة وكلما زادت مدة التجربة هناك احتمال أن يزداد هذا التغير في درجات الحرارة، وبالتالي في نفاذية التربة.

7-   عدد دورات التجفيف والترطيب

تسبب دورات التجفيف والترطيب إجهادات شادة مما يسبب تشققات في التربة في مختلف الاتجاهات وتزداد هذه التشققات مع زيادة نعومة التربة، وهذه التشققات تزيد من نفاذية التربة.

8-   نوع الماء المستخدم في التجارب

إن استخدام الماء المقطر يزيد من انتفاخ الترب الغضارية وبالتالي يؤدي إلى انخفاض عامل النفاذية. لذلك يفضل استخدام نفس الماء الموجود في الموقع في التجارب المخبرية.

9-   درجة الحرارة

يتعلق جريان الماء ضمن فراغات التربة بشكل مباشر بلزوجة الماء، وكلما زادت لزوجة الماء انخفضت نفاذية التربة كما هو معروف فإن زيادة درجة الحرارة يخفض من لزوجة الماء ويؤدي إلى زيادة النفاذية.