Ο ρόλος της μηχανικής σύστασης του εδάφους

Το έδαφος αποτελείται από στερεά(ανόργανα και οργανικά) υλικά, αέρα και νερό. Το μέγεθος των στερεών ανόργανων υλικών ποικίλλει από αρκετά μεγάλο όπως πέτρες και χαλίκια έως κόκκους με μικρό και πολύ μικρό μέγεθος ώστε για μερικούς απ' αυτούς να απαιτείται ακόμα και η χρήση μικροσκοπίου προκειμένου να τους διακρίνουμε. Τα στερεά υλικά του εδάφους κατατάσσονται σε κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθός τους, ανεξάρτητα από την χημική και ορυκτολογική τους σύστασή τους. Η μηχανική σύσταση των εδαφών αναφέρεται στην σύσταση του εδάφους από τους κόκκους διαφόρων διαστάσεων και συγκεκριμένα στα τεμαχίδια του εδάφους που διέρχονται από κόσκινο διαμέτρου οπών δυο χιλιοστών. Το τμήμα αυτό του εδάφους ονομάζεται λεπτή γη, ενώ τεμαχίδια με διάμετρο δυο έως είκοσι χιλιοστά αποτελούν τους χάλικες και υλικά με διάμετρο μεγαλύτεροι των είκοσι χιλιοστών ονομάζονται λίθοι. Ανάλογα βέβαια με το ποσοστό των τεμαχιδίων που έχουν διάμετρο μεγαλύτερη των δυο χιλιοστών το έδαφος χαρακτηρίζεται ως ελαφρώς (1-10%), μετρίως (10-30%) και πολύ πετρώδες (30-75%). Οι εδαφικοί κόκκοι που αποτελούν την λεπτή γη, κατατάσσονται βάσει του μεγέθους τους σε ομάδες που ονομάζονται κλάσματα μηχανικής συστάσεως ή μηχανικά κλάσματα του εδάφους. Η διαδικασία προσδιορισμού της εκατοστιαίας αναλογίας των μηχανικών κλασμάτων ονομάζεται μηχανική ανάλυση του εδάφους. Τα 3 κλάσματα του εδάφους, άμμος, ιλύς και άργιλος. Το κλάσμα με την μεγαλύτερη χημική ενεργότητα είναι αυτό της αργίλου. Θα μπορούσε κάποιος να πει ότι όσο μεγαλύτερο το ποσοστό της αργίλου τόσο μεγαλύτερος ο αριθμός των τεμαχιδίων του εδάφους ανά μονάδα μάζας , άρα τόσο μεγαλύτερες οι επιφάνειες του εδάφους και τότε μεγαλύτερη και η γονιμότητα του εδάφους. Αυτό είναι αλήθεια, αλλά μόνο μέχρι ενός σημείου. Όταν η άργιλος είναι πάρα πολλή σε ένα έδαφος τότε αυτό υποφέρει από το γεγονός ότι δεν υπάρχουν πολλοί μεγάλοι πόροι, άρα είναι κακός ο αερισμός και η κίνηση του νερού και άρα η γονιμότητα πέφτει. Σε αναλύσεις ρουτίνας η μηχανική ανάλυση του εδάφους μετριέται με το πυκνόμετρο Βουγιούκου. Για να εφαρμοστεί αυτή η μέθοδος θα πρέπει να κάνουμε κάποιες παραδοχές. Αυτές οι παραδοχές είναι ότι τα τεμάχια :

1. Δεν επηρεάζονται από τις κινήσεις Βrown του νερού.
2. Είναι σφαιρικά
3. Έχουν την ίδια πυκνότητα
4. Δεν αλληλεπιδρούν (το αιώρημα είναι αρκετά αραιό)
5. Καθιζάνουν με ταχύτητες που δεν αγγίζουν τα όρια της τυρβώδους ροής.

Η γνώση της μηχανικής σύστασης οδηγεί σε μια σειρά εκτιμήσεων για πολλές από τις εδαφικές ιδιότητες και γενικά σε εκτιμήσεις για την συμπεριφορά των εδαφών. Η άμεση σχέση κοκκομετρικής σύστασης και ιδιοτήτων θα γίνει φανερή μόνο με την παράθεση της ορυκτολογικής σύστασης, των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων καθενός από τα τρία βασικά μηχανικά κλάσματα της άμμου, της ιλύος και της αργίλου.

• Ορυκτολογική σύσταση:

Η χονδρόκοκκος άμμος αποτελείται από τεμάχια πετρωμάτων και ορυκτών, ενώ το λεπτόκοκκο κλάσμα της άμμου αποτελείται από πρωτογενή κυρίως ορυκτά όπως χαλαζίας, οι άστριοι οι μαρμαρυγίες οι πυρόξενοι, οι αμφίβολοι. Το σχήμα των κόκκων της άμμου είναι ακανόνιστο σφαιρικό γωνιώδες ή και πλακοειδές. Ως ¨καλύμματα¨ των κόκκων υπάρχουν τα ορυκτά αιματίτης και λιμωνίτης δίνοντας στην άμμο κόκκινη ή κίτρινη απόχρωση, όταν βρίσκονται οι ικανοποιητικές ποσότητες. Η ιλύς αποτελείται από πρωτογενή κυρίως ορυκτά , ενώ οι κόκκοι τους περιβάλλονται από ένυδρα οξείδια σιδήρου και αργίλιου. Η άργιλος αποτελείται σε μικρό ποσοστό από τεμάχια πρωτογενών ορυκτών, όπως χαλαζίας κ.α ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό της από δευτερογενή αργιλοπυριτικά ορυκτά.

• Ειδική επιφάνεια:

Επειδή όλες σχεδόν οι φυσικοχημικές εδαφικές ιδιότητες είναι αποτέλεσμα φαινομένων επιφανείας γίνεται ειδική αναφορά στην ειδική επιφάνεια. Κάθε μηχανικό κλάσμα περιέχει διαφορετικό κόκκων ανά μονάδα βάρους και επομένως έχει διαφορετική ειδική επιφάνεια η οποία αυξάνει όταν μειώνεται το μέγεθος των κόκκων.

• Φυσικοχημικές ιδιότητες μηχανικών κλασμάτων:

Οι κόκκοι της άμμου λόγω της μικρής ειδικής επιφάνειας και λόγω της ορυκτολογικής τους σύστασης είναι χημικώς αδρανείς με αποτέλεσμα η άμμος να μην μπορεί να λειτουργήσει ως τροφοδότης θρεπτικών για τα φυτά στοιχείων. Ακόμα και τα θρεπτικά στοιχεία που υπάρχουν στα πρωτογενή ορυκτά, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα φυτά λόγω της μικρής διαλυτότητας των κόκκων της άμμου. Συνεπώς το κλάσμα της άμμου συμβάλλει στην γονιμότητα του εδάφους και επομένως αμμώδη εδάφη χρειάζονται συχνές προσθήκες ικανοποιητικών ποσοτήτων χημικών λιπασμάτων. Τα αμμώδη εδάφη έχουν μεγάλους πόρους μέσω των οποίων διευκολύνεται η είσοδος και η κίνηση του αέρα, ενώ στραγγίζουν πολύ εύκολα. Έχουν δηλαδή μικρή υδατοικανότητα. Οι κόκκοι της ιλύος επειδή περιβάλλονται από μεμβράνη με αργιλικά ορυκτά και ένυδρα οξείδια εμφανίζουν σε υγρή κατάσταση κάποια συνεκτικότητα και πλαστικότητα, καθώς και μια ικανότητα προσροφήσεως κατιόντων, που μπορούν να αποδώσουν στο εδαφικό διάλυμα και να τα χρησιμοποιήσει το φυτό. Λόγω της ορυκτολογικής σύστασής τους οι κόκκοι της αργίλου έχουν μεγάλοι ειδική επιφάνεια, η οποία φέρει αρνητικά ηλεκτρικά φορτία και δρουν ως ιοντοεναλλάκτες, αποθηκεύοντας θρεπτικά στοιχεία τα οποία αποδίδουν στα φυτά. Εδάφη με σημαντικά ποσά ορυκτών 2:1 διογκούμενα εμφανίζουν μεγάλη συνεκτικότητα, πλαστικότητα και συγκολλητικότητα. Επομένως όταν είναι υγρά δυσκολεύει ακόμη περισσότερο η μηχανική κατεργασία τους. Χαρακτηριστικό μακροσκοπικό γνώρισμα αυτών των εδαφών είναι ότι οι διαδοχικές διαβροχές και ξηράνσεις προκαλούν διόγκωση και συρρίκνωση των εδαφών με έντονο μικροανάγλυφο και σχισμές βάθους μέχρι ένα μέτρο και πλάτους μερικών εκατοστών. Αυτό προκαλεί καταστροφές των ριζών και δυσκολίες για την οδοποιία και τη θεμελίωση