مهندسی علوم خاک

آزمایش های تجزیه خاک-گیاه-آب

جهت تعیین بافت خاک سه روش کلی وجود دارد

1) روش لمسی             2) روش هیدرومتر           3) روش پیپت

 

1) تعیین بافت خاک به روش لمسی :

در روش فوق برای تعیین بافت خاک، چون با دست و لمس کردن خاکها با دو انگشت (شست و سبابه) صورت می گیرد به اصطلاح روش لمسی می گویند. در این روش از خاک، گل یا خمیری که به حداکثر چسبندگی رسیده باشد تهیه کرده و آنرا بین دو انگشت دست قرار داده و خصوصیاتی نظیر زبری، نرمی، وجود ذرات شن، حالت چسبندگی یا لوله شدن، تشکیل نوار و شکل پذیری و ... را مورد بررسی قرار می دهند. به طور مثال اگر طول نوار تهیه شده از خاک مربوطه، کمتر از یک اینچ باشد بافت خاک Loam نامیده می شود و اگر طول نوار تهیه شده بین یک تا دو اینچ باشد بافت خاک Clay Loam می باشد و اگر طول نوار تهیه شده بین 2 تا 3 اینچ باشد بافت خاک Clay است. ( نکته : بافت های Sand، Loamy Sand و Silt تشکیل نوار نمی دهند)

×× در جدول زیر معیار تعیین بافت خاک (به روش لمسی) برای شش کلاس بافتی ارایه شده است.

 

معیار تشخیص

شن

لوم شنی

لوم

لوم سیلتی

لوم رسی

رس

زبری و نرمی گل در بین انگشت ها و ظاهر قابل رویت آن

گل در بین انگشت ها کاملا زبر به نظر می رسد و ذرات شن کاملا ملموس است

زبری کمتری دارد و دانه های درشت کمتری در آن دیده می شود

زبری متوسط

ذرات درشت کم و گل نسبتا نرم و صابونی

نرم و دارای ذرات درشت ناچیز

کاملا نرم بوده و ذرات شن در آن ملموس نیست و سطح براق بنظر می رسد

پایداری کلوخه خشک

شکل نمی پذیرد

شکل نمی پذیرد

براحتی از هم می پاشد

نسبتا براحتی از هم می پاشد

سفت و پایدار

خیلی سفت و پایدار

پایداری کلوخه مرطوب

ناپایدار

پایداری کم

پایداری متوسط

پایدار

خیلی پایدار

خیلی پایدار

پایداری و ثبات نوار تشکیل شده در بین انگشت های شست و سبابه

نوار تشکیل نمی شود

نوار تشکیل نمی شود

نوار تشکیل نمی شود

نوار بصورت بریده تشکیل می شود

نوار نازک و شکننده تشکیل می شود

نوار خیلی دراز و مقاوم تشکیل می شود

لوله کردن در کف دو دست

لوله نمی شود

لوله نمی شود

به سختی لوله می شود

لوله می شود ولی در سطح خمیر ترک می خورد

لوله می شود ولی بصورت حلقه در نمی آید

براحتی لوله شده و تشکیل حلقه می دهد

چسبندگی

کاملا غیر چسبنده

تقریبا غیر چسبنده

چسبندگی کم

چسبندگی متوسط

چسبندگی نسبتا زیاد

پسبندگی بسیار زیاد

اثر باقیمانده روی دست

هیچگونه اثری روی دست باقی نمی ماند

اثر ناچیزی بصورت رنگ روی دست می ماند

مقداری رنگ بر روی دست می ماند

مقداری رنگ و مقداری گل بر روی دست باقی می ماند

مقداری گل روی انگشت باقی می ماند

مقدار زیادی گل روی انگشت ها باقی می ماند



2) تعیین بافت خاک به روش هیدرومتر :


مبنای تعیین بافت خاک در روش هیدرومتری و همینطور روش پیپت بر قانون استوکز (Stocks Low) استوار است. لذا لازم است ابتدا دید جامعی نسبت به قانون استوکز پیدا کنیم.

 

 

 

قانون استوکز :

شرح کامل قانون استوکز به ما می گوید که سرعت یک ذره در حال ته نشینی در داخل یک سیال به طور مستقیم در ارتباط با نیروی ثقل (g)، تفاوت بین چگالی ذرات و چگالی آب (D1-D2) و توان دوم شعاع ذره می باشد. سرعت ته نشینی به طور عکس در ارتباط با گرانروی یا ضخامت سیال و یا همان ویسکوزیته مایع (η) می باشد. با این توصیفات قانون استوکز را می توان به صورت زیر نوشت.

v=2gr2(D1-D2)/9η

در این فرمول :

  V : سرعت ته نشینی ذره بر حسب سانتی متر بر ثانیه

g : شتاب گرانش، که معادل 980 سانتی متر بر مجذور ثانیه در نظر گرفته می شود

r : شعاع ذره ای که در مایع ته نشین می شود بر حسب سانتی متر

D1 : وزن مخصوص حقیقی خاک، که 2.65 گرم بر سانتی متر مکعب در نظر گرفته می شود

D2 : چگالی آب، که برابر یک گرم بر سانتی متر مکعب است

η : ویسکوزیته مایع که برای آب معادل 0.01 پواز (0.01 g/cm.sec) در نظر گرفته می شود

در نهایت با قرار دادن مقادیر بالا در فرمول، معادله استوکز به صورت زیر خلاصه می شود.

                         V= 34700 r 2  Cm/Sec

برای اثبات قانون استوکز می بایست فرضیات زیر را در نظر گرفت، که عبارتند از :

1) ذرات باید کروی، سخت و جامد فرض شوند

2) اندازه ذرات نسبت به اندازه مولکول های مایع بایستی بزرگ باشد تا بتوان محیط را یک محیط همگن تلقی کرد. به عبارت دیگر، ذرات نباید از خود حرکت براونی نشان دهند. این پدیده عمدتا در ذرات کوچکتر از 0.0002 میلی متر اتفاق می افتد. لذا معادله استوکز می تواند فراوانی ذرات را از Very Fine Sand تا Coarse Clay تعیین کند.

3) سقوط ذرات بایستی آزاد باشد. اگر غلظت ذرات در حدود 3 تا 5 درصد باشد درنتیجه قطر استوانه محتوی مایع اقلا بایستی ده برابر قطر بزرگترین ذره خاک باشد تا امکان سقوط آزاد فراهم گردد.

4) ذرات خاک بایستی وزن مخصوص یکسانی داشته باشند.

5) ظرف محتوی مایع و ذرات معلق در آن، باید در حال سکون باشد. و جریان مایع غیر متلاطم باشد (ذرات بزرگتر از 0.4 میلی متر موجب تلاطم در محیط گردیده و قانون استوکز را غیر قابل استفاده می سازد)

 

3 به روش هیدرومتری :

هیدرومتر یا چگالی سنج وسیله ای است که توسط آن می توان غلظت ذرات موجود در مایعات را تعیین نمود. و در خاکشناسی از هیدرومتر 152H-62 برای تعیین بافت خاک استفاده می گردد. در نهایت اعدادی که توسط هیدرومتر قرائت می شود احتیاج به دو تصحیح دارد که در زیر به علت این تصحیحات بسنده می کنیم و مطالعه مراحل آزمایش را به عهده شما می گذاریم.

الف) تصحیح حرارتی : چون هیدرومتر روی 20 درجه سانتیگراد استاندارد شده و نیز با توجه به اینکه با افزایش دما ویسکوزیته مایع کاهش یافته و هیدرومتر بیشتر در مایع فرو می رود در نتیجه غلظت ذرات معلق را کمتر از مقدار واقعی به ما نشان می دهد. لذا اگر در زمان قرائت عدد هیدرومتر، دمای سوسپانسیون از 20 درجه سانتیگراد بیشتر بود به ازای هر درجه 0.25 به عدد هیدرومتر اضافه و اگر دما از 20 درجه سانتیگراد کمتر بود به ازای هر درجه 0.25 از عدد هیدرومتر کم می کنیم.

ب) تصحیح کالگن : برای حذف خاصیت چسبندگی رسها از نمک کالگن (هگزا متا فسفات سدیم) استفاده می شود که این کالگن خود دارای غلظت مشخصی در سوسپانسیون است، پس سبب کمتر فرو رفتن هیدرومتر در مایع شده و عدد هیدرومتر بیشتر از مقدار واقعی نشان داده می شود. در این حالت باید غلظت کالگن را محاسبه نموده و از عدد هیدرومتر کسر نماییم.

تعیین بافت خاک بوسیله مثلث جدید بافت خاک با همان مثلث بافت خاک شیرازی و بورسما :

در مثلث بافت خاک مشاهده می گردد که خاکها بطور کلی در 12 گروه قرار می گیرند که هر کدام محدوده ای را در داخل مثلث USDA در بر می گیرند. در واقع بی نهایت ترکیب خاک ممکن است وجود داشته باشد که همگی تحت عنوان یک نام اسم برده می شوند. مثلا خاکی با ترکیب 35 تا 55 درصد رس و 0 تا 20 درصد سیلت و 45 تا 65 درصد شن همگی بنام خاک Sandy Clay نامیده می شوند. از مشکلات دیگر مثلث USDA این است که نمی توان به لحاظ کلی مشخص کرد که متوسط اندازه ذرات خاک چقدر است. برای رفع این مشکل مثلث جدیدی توسط شیرازی و بورسما (Shirazi and Boersma) ارائه شده است که با داشتن درصد شن و سیلت و رس می توان متوسط اندازه ذرات خاک را بدست آورد. اساس بدست آوردن مثلث جدید بدین صورت است که برای تمام 66 نقطه مثلث بافت خاک USDA و مرز های 12 گانه داخل مثلث یک مختصات محاسبه شده است. که این مختصات عبارت است از میانگین هندسی اندازه ذرات و انحراف از معیار هندسی آن

حال اگر اعداد بدست آمده را در یک دستگاه مختصات نیمه لگاریتمی که محور افقی آن لگاریتمی و محور عمودی آن ساده باشد قرار دهیم شکلی مطابق زیر بدست می آید که مثلث جدید بافت خاک نام دارد.


+ نوشته شده در  پنجشنبه پانزدهم بهمن 1388ساعت 2:21  توسط محمود سیفی  |