Transformovat, jak si myslíme o půdách od základů

Kedy zimné zmesi v ostrekovačoch zamrznú? - Alex ŠTEFUCA TOPSPEED.sk (Červenec 2019).

Anonim

Nová klasifikace půd a nástroje k jejímu provádění pomáhají porozumět vlastnostem základních geoinženýrských projektů.

Zatímco většina z nás považuje půdu za samozřejmost, vědci z energetické geoinženýrské laboratoře společnosti KAUST doslova vědí, jak jsou půdy uvnitř. Jejich výzkum má významné důsledky pro různé geotechnické projekty, včetně těžby, těžby ropy, základů mostů a věží, pobřežních a pobřežních struktur, analýzy tunelů a záchytných vrstev a návrh infrastruktury odolné proti zemětřesení.

Profesor J. Carlos Santamarina, postdoktorka Junbong Jang (nyní v geologickém průzkumu Spojených států) a PhD student Junghee Park navrhli nový klasifikační systém pro světové půdy, který inženýrům umožní přesněji předpovědět jejich vlastnosti a chování založené na jednoduchých metrikách.

V současné době používá většina geotechnických studií na světě Unified Classification System of Soil (USCS), který má své kořeny v konstrukci letišť druhé světové války. Od té doby byla vylepšena, ale nebyla plně aktualizována. Mezitím se údaje o půdě rozsáhle zhromažďovaly a, vysvětluje Santamarina, "vedlo k hlubšímu pochopení vlastností a chování sedimentů", což naznačuje potřebu důkladného přehodnocení systému.

Nový stav hmoty

Máme tendenci považovat hmotu za pevnou, kapalnou nebo plynnou. Částečné materiály, jako jsou například půdy, však mohou působit odlišně k některému z těchto stavů. Santamarina popisuje půdy, enigmaticky, jako "neodmyslitelně nelineární, neelastické, porézní, propustné a účinně závislé na zátěži".

USCS definuje typy půdy velikostí a plastičností částic, nebo jak se deformují, když jsou smíchány s vodou. Půdy však mohou obsahovat složité směsi různých velikostí částic a dále mezery mezi částicemi nejsou prázdné, ale jsou vyplněny kapalinou, plynem nebo oběma. Santamarina nadšen: "Soužití těchto materiálů vede k fascinujícím vznikajícím jevům a záhadným reakcím, jako je zkapalnění."

Nový revidovaný systém klasifikace půdy1, 2 zohledňuje nejen velikost zrna, ale i tvar a poskytuje přesnější zobrazení přechodových zón mezi jednotlivými typy půd. Dává větší důraz na roli nejmenších půdních částic, známých jako jemné, a chemie okolní tekutiny, která ovlivňuje mnoho geotechnických jevů. Rozhodující je, že nový klasifikační systém umožňuje inženýrům rozlišovat půdní frakci, která je primárně zodpovědná za to, že nesou jakoukoli váhu, která je na ně kladena, a půdní frakci, která řídí tok tekutin.

Půdní klasifikace je poměrně jednoduchý proces určování souboru parametrů s využitím bench-top zařízení snadno dostupných v celosvětových půdních laboratořích. Ty pak mohou být zadány do rovnic podrobně popsaných v publikacích týmu KAUST nebo analyzovány pomocí tabulkového nebo mobilního telefonu, které jsou k dispozici na jejich webových stránkách. Výsledkem pro každou danou půdu je dvoudílný popis, který zahrnuje jak mechanické, tak tekuté vlastnosti; například "S (F)" znamená půdu s mechanickými vlastnostmi řízenou pískem, ale s permeabilitou určenou její jemnou složkou.

Pokračující úsilí

Odpověď na zveřejnění revidované klasifikace byla povzbudivá a spolupracující. Když tým zveřejnil první část pokrývající pokuty, "výzkumníci z celého světa reagovali a přispěli výjimečnými údaji k posílení klasifikace, " říká Santamarina. "Očekáváme podobnou reakci na druhou část."

On pokračuje, "Realita půdy je složitější než idealizované systémy vytvořené v laboratoři nebo na počítači." Komplementární půdní databáze vytvořená v KAUSTu umožňuje uživatelům robustní odhady hydromechanických vlastností přírodních půd. Ve skutečnosti je výzkumník v laboratoři společnosti Santamarina zaměřen na neustále se vyvíjející soubor technických analýz a návrhových nástrojů. Klasifikace, říká Santamarina, je jen "prvním krokem k integrovanému laboratorně-databázovému IT systému, který se vyvíjí s spolupracovníky po celém světě".

Žádná klasifikace nemůže být vyčerpávající: půdy vyrobené z neobvyklých zrn, jako jsou diatomy nebo popílek, budou vždy představovat zvláštní výzvy, které musí inženýři vědět. Cílem klasifikace je však dostatečně robustní, aby bylo úspěšné i pro ty, kteří nemají zkušenosti s terénem.

V současné době pracuje na publikaci, která rozšíří uplatnění a interpretaci klasifikace v praxi.

Tato multidisciplinární práce - čerpá z koncepcí z geologie, fyziky a chemie a orientuje se na disciplíny od civilní k environmentální a energetické geoinženýrství - těží z toho, co Santamarina nazývá mimořádným výzkumným prostředím a odbornými znalostmi dostupnými v KAUSTu, které generují nástroje s aplikací mnohem dál.

menu
menu