1.8. Khái quát về đất ở trong rừng phục vụ cho chữa cháy
1.8.4. Một số tính chất cơ lý của đất rừng
Tính chất chung của đất là một kết cấu như là một môi trường rời rạc và không đồng nhất. Chúng có tính rời rạc vì các hạt cứng liên kết với nhau rất yếu so với sức bền của bản thân các hạt cứng, giữa các hạt cịn có các khoảng trống. Tính khơng đồng nhất cịn thể hiện ở các mặt: Kích thước và sự phân bố các hạt cứng khơng đồng đều nhau; tính chất các hạt cứng cũng rất khác nhau ngoài ra trong đất chứa các xác động, thực vật phân bố khác nhau. Sự liên kết của đất chủ yếu do ma sát nội hạt, lực hấp dẫn phân tử giữa các hạt cứng, sức căng màng nước và sự dính kết của các hạt vi nhỏ có trong đất.
Khi ta tác dụng các lực cơ học vào đất, thông qua bộ phận làm việc của bộ phận canh tác thì xảy quá trình tác dụng tương hỗ giữa lưỡi cắt và đất, qua quá trình tương tác rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sự tác dụng có thể chia ra làm 3 hiện tượng sau:
+ Phá vỡ kết cấu đất nơi tiếp xúc lưỡi cắt- đất;
+ Lực ma sát nơi tiếp xúc giữa lưỡi cắt với đất và giữa các hạt đất;
+ Các ứng suất trong đất chống lại sự dịch chuyển khi có tác động lưỡi cắt vào đất.
Khả năng di chuyển hay hiệu quả làm việc của các lưỡi cắt với đất phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của đất.
a) Độ ẩm của đất: Độ ẩm của đất có ảnh hưởng rất nhiều đến q trình tác
dụng đất lên lưỡi cắt của máy. Độ ẩm có thể tính theo 3 cách: Độ ẩm tuyệt đối; độ ẩm tương đối; độ ẩm toàn phần. Độ ẩm của đất càng thấp thì lực cản cắt của đất lên lưỡi cắt càng cao.
b) Độ chặt của đất: Độ chặt của đất chỉ trạng thái sắp xếp các hạt đất ở mức
độ xa hay sít nhau (mật độ các hạt đất). Độ chặt có thể được đánh giá bằng ứng suất pháp tuyến σ và độ biến dạng pháp tuyến h (độ sâu của đầu đo), đất càng chặt thì σ càng lớn, độ chặt của đất thể hiện ở bảng 1.2.
Bảng 1.3: Trạng thái độ chặt của đất, ứng với độ ẩm của nó
Mức độ chặt của đất Trị số độ chặt (kG/cm2) Tình trạng đất Trị số độ ẩm của đất (%) Cao 25-30 Khô cứng 10-15 Trung bình 15-20 Ẩm 20-30 Thấp 6-9 Ướt 40-50
c) Khả năng chống nén của đất: Khả năng chống nén của đất là khả năng
chống biến dạng theo phương pháp tuyến. Tính chống nén phụ thuộc vào ma sát trong và ma sát giữa các hạt đất.
d) Khả năng chống cắt đất: Là khả năng được tạo bởi lực dính và nội lực
giữa các hạt cứng (do lực hút phân tử giữa các hạt và sức căng bề mặt giữa các hạt đất). Lực cản cắt được xác định theo các điều kiện cụ thể, cịn lực cản cắt cực đại tính theo định luật Culơng:
T=T0 + N.tgϕ ( 1.1 )
N - lực pháp tuyến; ϕ - hệ số ma sát; T0 - lực dính.
Khi gia cơng cơ giới ta thấy có các dạng tác động của máy đối với đất điển hình là: Cắt, kéo, nén, tách, uốn, đập và di chuyển. Tùy theo tính chất của đất, dạng cấu tạo và chuyển động của bộ phận làm việc mà các nguyên tắc đó xẩy ra ở mức độ nào mà hiệu quả sẽ khác nhau. Việc xử lý các nguyên tắc tác động bằng cách thay đổi cấu tạo dụng cụ tác động, chế độ tác động của dụng cụ sẽ dẫn đến hiệu quả chi phí năng lượng khác nhau (lực cản khác nhau) và đảm bảo tính chất, độ tơi xốp của đất khác nhau.
Lưỡi cắt tác dụng vào đất khi cắt, cũng như một số dạng cắt cơ bản của quá trình liên hợp máy tác động vào đất, thành phần cơ bản tác dụng vào đất có dạng như một cái nêm. Nêm là một vật thể hình học được cấu thành từ các yếu tố: Mũi nhọn, cạnh sắc, bề mặt làm việc. Khi tính tốn thiết kế các bộ phận tác động vào đất sao cho tận dụng tối đa sự phá hủy đất do kéo vì đất bình thường ta thấy:
[σk] < [τ] < [σN] (1.2) Trong đó: [σk] - giới hạn ứng suất cho phép kéo của đất;
[τ] - giới hạn ứng suất cho phép kéo cắt của đất; [σN] - là giới hạn ứng suất cho phép nén của đất.
Qua đây ta thấy sự phá hủy đất do nén vừa tốn năng lượng, mặt khác vừa gây mất cấu trúc và tăng dung trọng của đất. Do vậy, khi tác động của lưỡi cắt vào đất nên tránh tạo ra ứng suất nén, lợi dụng ứng suất kéo rất nhỏ của đất.
e) Mơ đun biến dạng
Để biểu thị tính biến dạng của đất, sử dụng các chỉ tiêu: Môđun biến dạng Ebd, môđun đàn hồi Eđh. Môđun biến dạng Ebd. được tính theo cơng thức
Ebd = P .
D I
(N/cm2). ( 1.3 )
Mơđun đàn hồi Eđh được tính theo cơng thức Eđh = P . D (1 − µ
2 )
I
(N/cm2). ( 1.4 )
đ
Trong đó: P- áp suất của khn lên đất (N/cm2); D - đường kính của khn thử (cm); I - độ biến dạng toàn phần (cm); Iđ - độ biến dạng đàn hồi (cm);
µ - hệ số Poatxong. Đất hạt nhỏ µ = 0,35; Đất hạt lớn µ = 0,25.