Akademia Górniczo - Hutnicza

w Krakowie

Określenie przydatności gruntu do rekultywacji.

Prowadzący:

Dr inż. Tadeusz Gołda

Dr inż. Piotr Wojtanowicz

Wykonali:

Anna Rusek

Katarzyna Ptak

Bartosz Wesołowski

Mateusz Ziegler

I. OPIS POSZCZEGÓLNYCH ANALIZ WRAZ Z WYNIKAMI:

1. Analiza areometryczna Casagrande'a.

Metoda areometryczna Casagrande'a polega na pomiarze gęstości zawiesiny glebowej specjalnie skonstruowanym areometrze.

Naważono 40 g próbki (małej i dużej). Każdą z naważek umieszczono w cylindrze, zalano odpowiednia ilością wody redestylowanej i przemieszano ( ok. 33 razy) do momenty całkowitego skłócenia zawiesiny. Kolejno w odpowiednich odstępach czasu odczytywano wynik, który wskazuje areometr oraz temperaturę. Do odczytana wyników użyto areometru nr 200. Podczas mieszania w jednej próbce (mała) nie wytworzyła się piana, więc nie używano alkoholu do jej eliminacji, więc stała c = 0,5, natomiast w drugiej zaszło zjawisko pienienia się, więc dodano kilka kropel alkoholu, więc c = 0,7.

V =

V =

Średnica zastępcza d_T:

d_T =
[cm]

d_T =
[ mm]

Ilość cząstek X_T:

X_T =

X_T = 4,01515 * (R_T + c +ΔR + m)

Po odczytaniu wszystkich wyników przystąpiono do obliczeń, które zestawiono w tabelach.

Tabela1. Dla próbki 24 dużej (c = 0,5)

Nr. próbki		29m
Nr. aerometru		200
Dodano alkohol		NIE
Czas	Temp. [˚C]	Odczyt
30”	18	2,2
1'	19	2,0
2'	20	1,6
5'	20	1,1
15'	20	0,2
30'	20,5	0,0
52'	20,5	0,0
24h	21,2	-1,0

(Wykres różowy)

Wyniki analizy: procentowa zawartość frakcji dla:

1. Gruntu:

Piasek: 88%

Pył: 10%

Ił: 2%

2. Gleba:

Piasek: 85%

Pył: 7%

Ił: 8%

Tabela 2. Dla próbki 24 małej (c = 0,7)

Nr. próbki		29d
Nr. aerometru		200
Dodano alkohol		TAK
Czas	Temp. [˚C]	Odczyt
30”	19,5	22,0
1'	19,5	21,4
2'	19,5	19,4
5'	20,0	15,6
15'	19,0	11,0
30'	19,5	9,0
50'	20,0	7,0
24h	21,0	0,8

Wyniki analizy: procentowa zawartość frakcji dla:

1. Gruntu:

Piasek: 9%

Pył: 80%

Ił: 11%

2. Gleba:

Piasek: 3%

Pył: 35%

Ił: 62%

2. Oznaczenie granicy plastyczności [L_p] i granicy płynności [L_y].

Wilgotność na granicy konsystencji określa się mianem granicy płynności, plastyczności i skurczu.

1. Granica plastyczności L_p - jest to wilgotność, przy której gleba przechodzi z konsystencji zwartej w plastyczną.

2. Granica płynności L_y -jest to wilgotność, przy której gleba z konsystencji plastyczne przechodzi w płynną.

3. Granica skurczu L_s - oznacza taką wilgotność, przy której próbka w miarę dalszego suszenia przestaje zmieniać swą objętość.

Plastyczność gleby - jest to właściwość zmiany swojego kształtu pod wpływem sił wewnętrznych i zachodzących nadanych kształtów po ustaleniu działania tych sił.

1. gleba silnie plastyczna (gliny ciężkie, iły)

2. gleba średnio plastyczna ( gliny średnie i lekkie)

3. gleba mało plastyczne ( piaski gliniaste i słabo gliniaste)

4. gleba nie plastyczna ( piaski luźne i żwiry)

Wskaźnik plastyczności W_p = L_y - L_p

Spoistość gleb Wskaźnik plastyczności

spoiste W_p < 1

mało spoiste 1 < W_p < 10

średnio spoiste 10 < W_p < 20

spoiste ciężkie 20 < W_p < 30

bardzo spoiste W_p > 30

Doświadczenie polegało na oznaczeniu wskaźnika plastyczności. Do jego określania należało wyznaczyć granice plastyczności i płynności.

1. Oznaczenie granicy plastyczności.

Analiza ta polegała na ulepieniu dwóch wałeczków, w miarę równych i których średnica wynosiła około 3 mm. Przy wilgotności jaki ma dany grunt na granicy stanu twardo - plastycznego i półzwartego wałeczek gruntu podczas jego wałeczkowania na dłoni pęka po osiągnięciu średnicy 3 mm.

Wałeczki te należało umieścić w uprzedni zwarzonych naczyńkach. Po ich umieszczeniu ponownie zważono naczynko wraz z glebą. Tak przygotowane próbki poddano procesowi suszenia w suszarce w określonej temperaturze w określonym czasie.

Po upływie tego czasu ponownie zważono naczynko wraz z wysuszona glebą. Otrzymane wyniki zestawiono w tabelce 1 wraz z obliczoną granicą plastyczności Lp.

Tabela 1 .Oznaczenie granicy plastyczności Lp.

Oznaczenie granicy plastyczności Lp = 21,9%
Numer naczynka	Ciężar [g]					Wilgotność woda/pr.sucha * 100%
		Naczyńka	Naczyńko z próbką		Woda w próbce			Próbki suchej
				Wilgotną					Suchą
67	28,08	30,06	29,71	0,35	1,62	21,5	21,9
73	27,33	29,85	29,39	0,46	2,06	22,3

2. Oznaczenie granicy płynności.

Do oznaczenia tej własności gleby posłużono się aparatem Casagrande'a. Przed przystąpieniem do analizy w aparacie, przygotowano 4 naczynka, które zostały zważone i w których umieszczano próbkę masy glebowej z każdego cyklu uderzeń, po czy ponownie naczynko z pastą zważono.

Analiza ta polegała na zmieszaniu przygotowanej wcześniej pasty glebowej, a następnie umieszczenie w miseczce aparatu Casagrande'a, następnie za pomocą rylca wykonano bruzdę. Tak przygotowaną próbkę poddano uderzeniom do momentu obie bruzdy przybliżyły się na odpowiednią odległość (1 cm). Ilość uderzeń zależała od ilości wody w próbce, zwiększając ilość wody malała ilość uderzeń.

Powstałe próbki również - jak wcześniej, umieszczono w suszarce, następnie po tym procesie ponownie zważono. Otrzymane wyniki zestawiono w tabeli 2 i wyliczono wilgotności.

Wilgotności te przeniesiono na wykres W/liczba uderzeń, z którego następnie odczytano granicę płynności próbki gleby.

Tabela 2 Oznaczenie granicy płynności L_y.

Oznaczenie granicy płynności Ly =26% ( odczytano z wykresu)
Numer naczynka	Ilość uderzeń łyżeczki	Ciężar [g]					Wilgotność woda/pr.sucha * 100%
				Naczyńka	Naczyńka z próbką			Woda w próbce	Próbki suchej
						Wilgotna				Sucha
86	15	28,68	33,95	32,78	1,17	4,15	28,2
87	39	28,66	32,48	31,68	0,8	3,02	26,5
70	18	28,22	30,87	30,33	0,56	2,11	26,5
15	30	28,98	32,22	31,53	0,69	2,61	26,4

3. Oznaczanie sorpcji metodą błękitu metylowego.

Sorpcja w glebie to zatrzymywanie jonów, cząsteczek zawiesin, gazów i mikroorganizmów przez część sorbującą gleby zwaną kompleksem sorpcyjnym. W jego skład wchodzą przede wszystkim koloidy mineralne i próchnica glebowa. Jeden z ważniejszych czynników warunkujących żyzność gleby.

Wyróżnić można:

- sorpcję wymienną - wiązanie jonów (głównie kationów) z równoczesnym wydzielaniem do roztworu glebowego równoważnych ilości innych jonów.

- sorpcję biologiczną - zatrzymywanie składników chemicznych przy udziale drobnoustrojów glebowych i korzeni roślin.

- sorpcję chemiczną - przejście form rozpuszczalnych w nierozpuszczalne wskutek reakcji chemicznych.
- sorpcję fizyczną - osadzanie się drobin (gazów, mikroorganizmów itp.) na powierzchni stałych cząstek glebowych.

- sorpcję mechaniczną - zatrzymywanie się cząstek zawiesin w mniejszych od nich przestworach glebowych.

Odważono dwie próbki gleby po 2g, jedną z dużego pudełka, drugą z małego.

I WARIANT (małe pudełko):

S = (0,25% - x) ∙ 39,062 [mval/100g = cmol₍₊₎/kg]

x = 0,231%

S = (0,25% - 0,231%) ∙ 39,062 = 0,74cmol₍₊₎/kg

II WARIANT (duże pudełko):

S = (0,6% - x) ∙ 39,062 [mval/100g = cmol₍₊₎/kg]

x = 0,497%

S = (0,6% - 0,497%) ∙ 39,062 = 4,02cmol₍₊₎/kg

4. Określenie ciężaru właściwego oraz ciężaru objętościowego.

Określenie ciężaru właściwego metodą piknometryczną:

Odważono ok. 10g próbki gleby i wsypano ją do piknometru. Zalano wodą do 1/3 wysokości. Gotowano piknometr z zawiesiną glebową. Ostudzono, dolano do pełna wody destylowanej i zważono piknometr z zawiesiną glebową. Następnie wylano zawiesinę glebową i zważono sam piknometr z wodą destylowaną.

gdzie:

ρ_w - gęstość właściwa wody = 1 g/cm³

Gs - ciężar próbki suchej w gramach

Pw - ciężar piknometru z wodą

Pwg - ciężar piknometru z wodą i gruntem

Oznaczenie gęstości właściwej gleby
Nr próbki	Ciężar gleby G1	Ciężar piknometru z wodą i glebą G2	Ciężar piknometru z wodą G3	Objętość gleby Vs	Gęstość właściwa gleby ρ
		[g]			[cm^3]	[g/cm^3]
29m	10,02	86,36	86,17	9,83	1,019
29d	10,04	86,00	79,77	3,81	2,0635

Określenie ciężaru objętościowego metodą zaparafinowanej bryłki:

Wybrano bryłkę o nienaruszonej strukturze i zważono ją. Bryłkę zaparafinowano i znów zważono. Zaparafinowano bryłkę ponownie zważono, tym razem w wodzie.

gdzie:

G - masa próbki

ρ_p - gęstość parafiny = 0,9g/cm³

Gp - masa zaparafinowanej próbki

Gpw - masa zaparafinowanej próbki w wodzie

Wyliczenie porowatości próbki i wskaźnika porowatości:

Porowatość ogólna - procentowy udział sumy objętości porów zajętych przez powietrze i wodę w określonej jednostce objętości gleby.

Wraz ze wzrostem porowatości maleje wymiar samych porów. Zależy ona od:

- stopnia jednorodności uziarnienia - grunty równoziarniste mają najwyższą porowatość,

- kształt ziaren - grunty o ziarnach zbliżonych do kuli mają wysoką porowatość,

- wilgotność - grunty o wyższej wilgotności przeważnie mają wyższą porowatość,

- sposób ułożenia ziaren i cząstek zależy od stopnia diagenezy gruntów.

η - porowatość próbki

Wskaźnik porowatości ε - stosunek objętości porów do objętości szkieletu gruntowego.

ε - wskaźnik porowatości

OZNACZENIE POROWATOŚCI I WSKAŹNIKA POROWATOŚCI
Próbka numer 29 duża	Gęstość właściwa ρ	Gęstość objętościowa ρo	Porowatość η	Wskaźnik porowatości ε
		[g/cm^3]		[%]
		2,635	1,761	0,332	0,496

5. Oznaczenie pH w wodzie i w KCl, oznaczenie zawartości węglanów wapnia oraz wyznaczenie przewodności elektrolitycznej roztworu glebowego.

Odważono dwa razy 20g gleby z dużej próbki i dwa razy 10g gleby z małej próbki. Sporządzono roztwory glebowe z każdej próbki z H₂0 i KCl, w stosunku (gleba: płyn) 1:5.

1. Oznaczenie węglanu wapnia w glebie metodą polową.

W warunkach polowych szacunkowe określanie zawartości:

-brak burzenia- do 1 %.

-słabe - 1-3 %.

-silne, krótkie- 3-5 %.

-silne, długie - pow. 5 %.

W wyniku oznaczenia węglanu wapnia metodą polową wykryto, że w dużej próbce znajduje się do 1% węglanów, natomiast w małej próbce oznaczono orientacyjną ilość węglanów 1 - 3%.

2. Oznaczenie zawartości CaCO3 w glebie metodą Scheiblera.

Metoda Scheiblera należy do metod objętościowych, gdyż oznaczana jest w niej objętość dwutlenku węgla, jaki powstaje w wyniku reakcji węglanu wapnia zawartego w próbce gruntu z kwasem solnym.

Odważono 2,98g gleby z małej próbki. Wykonano analizę.

S = 2,98g = 2980mg

Ilość wydzielonego CO₂:

V₁ = 90ml

V₂ = 65ml

V = 90 - 65 = 25ml

Gęstość CO₂:

d = 1,8mg/cm³

%CO₂ =

%CaCO₃ =

3. Oznaczenie pH:

próbka	H2O	KCl
duża	4,1	4,2
mała	8,7	8,8

4. Oznaczenie przewodności:

Duża próbka: 0,57mS/cm

Mała próbka: 1,52mS/cm

6. Oznaczenie siarki siarczanowej.

Próbka mała:

C = 0,0%

S = 0,01435%

S-SO₄ = 0,0%

Próbka duża:

C = 0,0%

S = 0,0076%

S-SO₄ = 0,0%II. TABELA Z WYNIKAMI

próbka

skład granulometryczny

granica plastyczności Lp [%]

granica płynności Lv [%]

sorpcja [cmol(+)/kg]

gęstość właściwa [g/cm3]

gęstość objętościowa [g/cm3]

Porowatość η [%]

wskaźnik porowatości ε

Grunt

Gleba

M

piasek: 88%

piasek: 85%

-

-

0,74

1,019

-

-

-

pył: 10%

pył: 7%

ił:2%

ił: 8%

D

piasek: 65%

piasek: 50%

21,7

26

4,02

2,635

1,761

0,332

0,496

pył: 30%

pył: 28%

ił: 5%

ił: 22%

próbka	pH		CaCO3 [%]	PEW przewodność [mS/cm]	C%	S-SO4 [%]	S całkowita
		H2O						KCl
	D	4,1						4,2	-	0,57	-	-	0,0076
	M								8,7	8,8	3,432	1,52	-	-	0,01435

III. WYLICZENIE LICZBY BONITACYJNEJ LB I OKREŚLENIE PRZYDATNOŚCI GLEBY DO REKULTYWACJI:

LB = W_L + W_Ca + W_Sp + W_So

PRÓBKA MAŁA:

W_L = ił + 0,5 ∙ pył

W_L = 2 + 0,5 ∙ 10 = 7

W_Ca = 10

W_Sp = 0

W_So = 0

LB_M = 17

Biorąc pod uwagę liczbę bonitacyjną, próbkę małą można zaklasyfikować do utworów wadliwych klasy D (LB<21).

PRÓBKA DUŻA:

W_L = ił + 0,5 ∙ pył

W_L = 11 + 0,5 ∙ 80 = 51

W_Ca = 0

W_Sp = 0

W_So = 3

LB_D = 54

Biorąc pod uwagę liczbę bonitacyjną próbkę małą można zaklasyfikować do utworów wadliwych klasy B (50<LB<75). Utwory klasy B są w pełni przydatne do rekultywacji leśnej lub zadrzewieniowej.

IV. WNIOSKI:

Z obu badanych próbek o nr 29 (duża i mała) tylko próbka duża może być wykorzystana do rekultywacji, natomiast próbka mała o klasie D charakteryzuje utwory słabe, w których jednak mogą wytworzyć się w przyszłości niektóre wartościowe siedliska leśne. Grunt o klasie D jest nieprzydatny do rekultywacji rolniczej natomiast po częściowym ulepszeniu może stać się przydatny do rekultywacji leśnej. W celu ulepszenia gruntu tej klasy należy zastosować szereg działań wpływających na polepszenie poszczególnych jej właściwości.

Do działań tych należą:

- nawożenie regulacyjną dawka wapnia - zabezpieczenie przed zakwaszaniem gleby o niskiej zawartości CaCo3 ( próbka duża)

- domieszanie cząstek zwięzłych lub nawożenie organiczne - przeciwdziałanie niedostatecznej sorpcji

- stosowanie wapniowania - likwidacja nadmiernego zakwaszenia ( próbka duża)

- stosowanie zakwaszonej materii lub nawozu zakwaszającego w celu likwidacji przekroczonej wartości granicznej pH [w KCl > 7,2; w H₂O > 7,4] (próbka mała)

12

---