1. Kapilarno dizanje vode u tlu Tlo je sastavljeno od pora koje su meusobno nepravilno povezane na raznim mjestima, razliitim promjerima inei mreu kapilarnih cjevica koje dovode do pojave kapilarnosti u tlu. Poto je molekula vode dipol estice tla koje su veinom negativno nabijene jako ju privlae. Povrinska napetost kao rezultat te privlanosti (izmeu molekula na granici razliitih tvari) uzrok je zaobljavanju povrine vode te kapilarnom podizanju vode u uskim cjevicama, unutar pora tla i slino. (Slika 1) Voda u tlu moe djelomino ispunjavati pore ( tlo je djelomino zasieno vodom) ili ih u potpunosti popunjava (tlo je zasieno vodom). U oba sluaja na granici tla sa zrakom pojavljuje se neposredno suelje vode i zraka. Na tom se suelju javlja povrinska napetost u vodi koja je odgovorna za pojavu kapilarnih sila.

Slika 1: Kapilarno penjanje vode u kapilarama: kalilarne sile na meniskusu (a) i hidrostatrki pritisak u kapilari (b) (Suelje vode i zraka ima svojstvo membrane u kojoj se pojavljuje vlana sila koja se prenosi na estice tla (zbog moivog karaktera vode i tla) te samim time i na itav skelet tla. Veliina spomenute vlane sile u povrinskoj membrani ne ovisi samo o veliini pora ve o temperaturi i povijesti vlaenja odreenog podruja. Ona se kree za temperature od 0 do 100 0C u relativno uskom rasponu izmeu 76 i 59 mN/m. Takoer omoguuje membrani zakrivljenu povrinu u sluaju da je pritisak zraka vei od pritiska vode. Ta se zakrivljena povrina naziva menisk. Veliina kapilarnog ili matrinog usisa (ua-uw) koja je vana veliina u analizama djelomino zasienih tla dana je izrazom (slika 2):ua u w 2Ts Rs

gdje je: Ua- protosak zraka Uw- pritisak vode Ts- membranska sila izraena po jedinici duine presjeka membrane

Rs- polumjer zakrivljenosti meniska

Slika 2 : Dizanje vode u kapilari i hidrostatiki pritisci u mirnoj vodi (ua = tlak zraka, uw = tlak vode, u =relativni tlak vode u odnosu na tlak zraka, tlak koji se mjeri uobiajenim tlakomjerima)

Visina dizanja vode (u pravilnoj krunoj kapilari iji je promjer jednak promjeru meniska Rs) proizlazi iz uvjeta ravnotee izmeu visine stupca vode visine hc i vertikalne komponente rezultante sila povrinske napetosti Ts, te za sluaj kada je kut moivosti =0 dana je izrazom:hc 2Ts u uw a Rs w w

gdje je w obujamska teina vode i iznosi priblino 10 kN/m3 Iz gornjeg izraza slijedi da je visina kapilarnog dizanja obrnuto proporcionalna polumjeru kapilare. Odnosi u tlu su, dakle mnogo sloeniji, nego u staklenim cjevicama jer su pore povezane u svim pravcima, raznih oblika i veliina. Zbog toga u razina kapilarnog dizanja u tlu nee biti tako jasno izraena kao i u sluaju dizanja u staklenim cjevicama. Ukoliko govorimo o sitnozrnastom tlu dizanje vode je vee i obrnuto. Prosjeni polumjer pora iznosi oko o2'% efektivnog promjera zrna D10 to nam moe posluiti kao gruba procjena kapilarnog izdizanja u tlu. Podizanje vode ovisi i o rasporedu uskih i irokih pora u tlu kao i o samom kretanju vode u tlu. Karakteristine su sljedee veliine (Holtz, Kovacz, 1981)

Tablica : kapilarni pritisak i visina penjanja vode Kapilarno dizanje za krupni pijesak iznosi oko 3 cm do 15 cm, za fini pijesak oko 30 cm do 3.5 m, za prakasta tla do 12 m, dok je u sluaju ginovitih tla visina izdizanja daleko iznad 12 m.

Promatra li se cjevica promjenjivog promjera, prijemjetit e se da proirenje cjevice sprjeava podizanje meniskusa, tj. smanjuje visinu podizanja vode. No ukoliko se cjevica puni odozgo isto proirenje ne predstavlja nikakvu zapreku. (Slika 3)

Slika 3: Primjer izdizanja vode pri promjeni promjera cjevice Obodna sila meniskusa (2rT) prenosi teinu vodnog stupca n stjenke kapilara. Zbog ove pojave kapilarnost u tlu izaziva napone pritisaka koji djeluju na sami skelet tla. Ako osuimo zasieni uzorak tla na zraku, na povrini svih kapilara pojavit e se meniskci koji nastaju uslijed isparavanja vode iz uzorka. Pri tome e se povrinski napon prenositi na kostur estica (naponi pritiska) koji ovise o promjeru meniska (granulaciji, zbjenosti tla, obliku zrna, koliini apsorbirane vode i sl.) Prosjeni kapilarni pritisak na jedinicu povrine iznosi:

r

2T cos [kN/m2] r w

Kut ovisi o materijalu i o tekuini u kapilarama, a iznosi za vodu i hidrofilne minerale oko 00, a za hidrofobne blizu 1800 (Nonveiller, 1979) Kapilarna sila T djeluje na estice tla tako da stvara takozvanu prividnu koheziju koja je poput veziva izmeu estica. Meutim ona postoji samo pri kapilarnom dizanju vode u porama tla dok njegovim potapanjem u vodu pore se ispunjavaju vodom i nestaje prividna kohezija. Kao primjer prividne kohezije moe se uzeti sitan pijesak koji se dok je vlaan moe oblikovati dok je u suhom stanju rastresit i nije ga mogue oblikovati. Podatak o kapilarnom izizanju vode potreban je da bi se rijeili razni problemi u vezi s djelovanjem mraza, dimenzioniranjem nasipa i sl. u laboratoriju se moe mjeriti visina hc samo na poremeenim uzorcima. Najee se primjenjuje jedna od slijedeih metoda