Vízügyi Közlemények, 1960 (42. évfolyam)
1. füzet - VI. Rétháti László: A talaj kapillaritásának mérnöki vonatkozásai
A talaj kapillaritásának (mérnöki vonatkozásai 113 Mielőtt a részletes tárgyalást elkezdenénk, állapítsuk meg, melyek azok a műszaki munkálatok, ahol a mérnöknek a talajban lejátszódó kapilláris jelenségekkel számolnia kell. Az elsők között kell megemlítenünk a fagykárok elleni védelmet (utak, hűtőházak, épületalapok), a falak, pinceterek kapilláris víz elleni szigetelését és az öntözőcsatornákból való elszivárgás kérdését. A kapilláris jellemzők ismerete szükséges minden áramlási, szivárgási feladat megoldásához. A talajvizet szegélyező telített zóna jelenléte bizonyos nehézségeket okoz már a talajíeltárás során is (fúrás, geoelektromos mérések, szondázás). Kapilláris erők működnek a párolgásnak kitett szabad talajfelszínen is, akár van vízutánpótlás, akár nincs; ennek eredménye a zsugorodás, de a látszólagos kohézió is. Az említett feladatok megoldása a következő ismereteket teszi szükségessé: a) milyen vízmennyiség és milyen sebességgel áramlik a szabad vízfelszíntől számított tetszőleges távolságban (magasságban), b) milyen mértékben telítődik a talaj és C) milyen erőhatások lépnek fel a kapilláris áramlás során. Az itt ismertetendő kutatások célja a talaj kapilláris törvényeinek részletesebb vizsgálata volt, melyeknek ismeretében a mérnöki gyakorlat fent körvonalazott fontosabb feladat-típusai megoldhatók. A felvetett kérdések tárgyalásának teljessége és az ilyen irányú hazai irodalmi adatok hézagos volta szükségessé teszi a klasszikus elméletek rövid áttekintését. 1. A kapilláris fizika alaptörvényei és az „ideális talaj" Annak a jelenségnek, hogy kiskeresztmetszetű csövekben a folyadék a nehézségi erő ellenében felemelkedik, ma sincs egyértelmű fizikai magyarázata. Annyi bizonyos, hogy a mozgás okát a folyadék felszínén tartózkodó molekulák különleges helyzetében kell keresnünk. Ha a folyadék belsejéből egy molekulát a felszínre akarunk emelni, meg kell egyik oldalát szabadítanunk szomszédainak vonzásától; a felület növelése erőt, illetve munkát igényel, éppenúgy, mintha feszültség működnék ott. Ezt a látszólagos feszültséget, mely a két közeg (a folyadék belseje és felszíne) fizikai sajátosságainak különbsége által létrehozott szabad energia megjelenési formája, szokás „felületi feszültségnek" nevezni. A felületi réteg molekulái az egyoldali vonzás következtében az egész folyadéktömegre nyomást fejtenek ki, ez a „sík vízfilm nyomása" vagy „belső nyomás" (tiszta vízre kb. 10 700 atm.). A sík (!') és a görbe felszínre ható (P 0) normálnyomások különbsége a Lap/ace-törvény szerint: P-Po = ±°j (1) ahol r a görbületi sugár. Mivel a víz affinitása a szilárd testekhez nagyobb, mint a levegőé, azért az utóbbit onnan adszorbeált állapotából ki tudja szorítani. Mégis, a szilárd test falán működő „meniszkusz-húzóerő" feltételezése ellen több kutató tett észrevételt: mivel lehetne magyarázni, hogy egy felületi hártya köt a falhoz, ugyanakkor csúszik rajta? Ma már több szerző [1, 4.] Adam elvén van: „az energiaviszonyok meghatározzák a stabil érintkezési szöget; ez és a cső görbülete meghajlítják a folyadék felszínét; a nyomáskülönbség a felszínen jelentkező szabad energiából ered, mely aztán felemeli a folyadékot a csőben". 8 Vízügyi Közlemények
