Spójność

Spójność lub kohezja (ang. cohesion) to zespół sił fizykochemicznych, które wiążą cząsteczki osadu i stawiają opór naprężeniom ścinającym.

Prawo sił tarcia i spójności działających w obrębie mas skalnych zostało wprowadzone w 1773 roku przez Charlesa Augustina de Coulomba. W 1790 roku francuski inżynier Gaspard Claire Marie Riche opublikował je w swojej pracy na temat mechaniki gruntów. Prawo to do dziś stanowi podstawę tej dziedziny. Kohezja jest wynikiem wiązań pomiędzy cząsteczkami koloidalnymi powstałymi w procesach sedymentacjnych i wczesnej diagenezy. Na kohezję składają się następujące oddziaływania pomiędzy cząsteczkami osadu:

  • siły van der Waalsa (czyli elektrostatyczne oddziaływania krótkiego zasięgu pomiędzy cząsteczkami i atomami)
  • przyciąganie elektrostatyczne pomiędzy powierzchniami i krawędziami minerałów ilastych
  • mostki jonowe pomiędzy cząsteczkami
  • cementacja tlenkami żelaza i glinu oraz przez materię organiczną
  • napięcie powierzchniowe na granicy woda-powietrze w nienawodnionych iłach

Spójność jest więc ściśle związana z zawartością minerałów ilastych oraz związków cementujących osad. Kohezja jest zależna od wilgotności. W osadach nienawodnionych spójność wzrasta ze wzrostem wilgotności, jednak po przekroczeniu granicy plastyczności przyciąganie pomiędzy cząsteczkami zaczyna drastycznie spadać ze wzrostem zawartości wody. Gdy wilgotność osiąga wartość równą granicy płynności siły spójności są bliskie zeru. Jest to wywołane powstawaniem powłoki wodnej wokół cząsteczek (Siddle 1985).

Wytrzymałość na ścinanie jest dodatkowo wzmocniona poprzez opór związany z zazębianiem się cząsteczek, czyli przez tarcie wewnętrzne. W wyniku wysokiej spójności rzeczywistej materiał charakteryzuje się niską przepuszczalnością hydrauliczną. Spójność pozorna (lub kapilarna) wynika z oddziaływania wody włoskowej na cząsteczki i może zachodzić także przy braku minerałów ilastych.

Literatura

Glinicki, S. P. , 1990. Geotechnika budowlana, Skrypt Politechniki Białostockiej
Schofield, A.N., Wroth, C.P., 1968. Critical State Soil Mechanics, McGraw-Hill
Sidle, R.C., Pearce, A.J., O'Loughlin, C.L. 1985. Hillslope stability and land use. American Geophysical Union
Szymański, A., 2007. Mechanika gruntów Wydawnictwo SGGW