Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

w Warszawie

Wydział Rolnictwa i Biologii

Mariusz Moczkowski

Sprawozdanie

Oznaczenie składu granulometrycznego metodą areometryczną Casagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego

METODY OZNACZANIA SKŁADU GRANULOMETRYCZNEGO GLEBY

Oznaczanie składu granulometrycznego gleby, czyli % zawartości poszczególnych frakcji granulometrycznych wykonuje się za pomocą analizy granulometrycznej.

Metody oznaczania składu granulometrycznego możemy podzielić na: szlamowania, odwirowywania

Metody szlamowania dzielimy na:

1. sedymentacyjne:

• Atterberga

• pipetowa (Köhna)

• areometryczna Casagrande'a

• areometryczna Casagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego

• orientacyjna Kruedenera

2. przepływowe

• Kopecky'ego

1. Oznaczenie składu granulometrycznego matodą areometryczną Casagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego

a. Zasada i metody

Metoda Casagrande'a wymaga po każdym pomiarze wielu obliczeń, dlatego w celu je uproszczenia i przygotowania do masowych analiz należało określić czas wykonywania odczytów na areometrze od momentu skłócenia zawiesiny glebowej, aby otrzymać frakcję cząstek o żądanej średnicy

W tym celu M. Prószyński zanalizował metodą Casagrande'a typowe gleby i podłoża, wykreślając dla nich krzywe, na których podstawie można określić w glebach procentową zawartość frakcji, których szukamy. Następnie, znając w zbadanej próbce zawartość poszczególnych frakcji granulometrycznych, można obliczyć dla każdego areometru szybkość i czas opadania cząstek. Znając zaś czas opadania cząstek o określonej średnicy, możemy oznaczyć procentową zawartość poszczególnych frakcji granulometrycznych w takich próbkach, które pod względem składu granulometrycznego nie odbiegają zbytnio od zanalizowanych typowych próbek glebowych.

Wykonując areometrem wyskalowanym przez M. Prószyńskiego odczyt w zawiesinie glebowej po ściśle określonym czasie od momentu skłócenia zawiesiny i odejmując od odczytu w zawiesinie glebowej odczyt wykonany w roztworze poprawkowym (woda + Na₂CO₃), oznaczamy bezpośrednio procentową zawartość cząstek glebowych o żądanej średnicy.

b. Oznaczenie części szkieletowych

Na wadze technicznej odważamy 100g powietrznie suchej gleby, następnie wsypujemy odważoną próbkę do moździerza porcelanowego i dokładnie rozdrabniamy porcelanowym tłuczkiem. Roztartą próbkę przesiewamy na sicie o średnicy oczek 1mm. Na sicie pozostają części szkieletowe, a przechodzą części ziemiste. Części szkieletowe przenosimy do parownicy porcelanowej i przemywamy ją wodą wodociągową w celu usunięcia zlepionych części ziemistych. Przemyte części szkieletowe podgrzewamy na kuchence elektrycznej w celu odparowania wody, po wysuszeniu jeszcze raz je przesiewamy przez sito o średnicy oczek 1mm, a pozostałe na sicie części ważymy, otrzymując procentową zawartość w glebie, w tym przypadku części szkieletowych jest 2,65g, a części ziemistych 97,35g.

c. Preparowanie części ziemistych

Celem preparowania części ziemistych jest rozdzielenie agregatów i mikroagregatów glebowych na elementarne cząstki glebowe.

Przygotowanie zawiesiny glebowej z zastosowaniem calgonu:

- 40g części ziemistych powietrznie suchej gleby zalewamy o,5 l wody destylowanej w plastykowej butelce o pojemności 1l i pozostawić na 24h

- do przygotowanej zawiesiny dodajemy 25ml calgonu

- mieszamy mieszadłem rotacyjnym: dla iłów i glin ciężkich czas ten wynosi 30 min.

- przenosimy ilościowo do cylindra (średnica = 6cm) i uzupełniamy wodą destylowaną do 1l (do kreski), wówczas wysokość słupa zawiesiny wynosi około 353mm.

W ten sposób spreparowana próbka glebowa służy do dalszej analizy.

d. Przygotowanie roztworu poprawkowego

Roztwór poprawkowy służy do odczytywania wskazań areometru w zawiesinie glebowej.

Temperatura przed analizą w zawiesinie glebowej oraz w roztworze poprawkowym musi być jednakowa („+'', „-„ 0,5^oC).

e. Ustalenie właściwego czasu pomiarów

Ustalenie właściwego czasu pomiaru dokonujemy następująco: Cylinder z zawiesiną zamykamy korkiem gumowym, mieszamy ją około 30s, a następnie stawiamy na stole, jednocześnie uruchamiając stoper. Po 10min wykonujemy w zawiesinie pomiar areometrem. Pomiar areometrem przeprowadzamy również w roztworze poprawkowym. Różnica między pomiarem w zawiesinie i roztworze poprawkowym określa w przybliżeniu zawartość część spławianych (< 0,002mm), w badanej glebie.

Ćwiczenia

Odczyt w zawiesinie - 89

Odczyt poprawkowy - 35

89 - 35 = 54%

Odszukujemy taką tablicę, którą sporządzono dla gleby o zbliżonej zawartości części spławianych. W naszym przypadku jest to tablica 19 opracowana dla gliny ciężkiej (51- 65% części spławianych). Z tablicy tej, po zmierzeniu temperatury zawiesiny (21^oC), odczytujemy właściwe czasy pomiaru.

Średnica cząstek [mm]	Czas odczytu t	Odczyt w zawiesinie	Odczyt w roztworze poprawkowym	Różnica [%]
< 0,1	22 s	104	35	69
< 0,05	1 min 32 s	99	35	64
< 0,02	9 min 50 s	88	35	53

Tab. 1. Wyniki pomiarów wykonanych areometrem

Źródło: Opracowanie własne na podstawie materiałów do ćwiczeń z gleboznawstwa - Z. Brogowski, Z. Czerwiński

f. Przebieg analizy

Mając ustalone czasy pomiarów, przygotowujemy alkohol amylowy w kroplomierzu, korek gumowy, stoper i areometr. Korkiem gumowym zamykamy cylinder z zawiesiną, mieszamy ją 30 razy (30s), stawiamy na stole i jednocześnie uruchamiamy stoper. Wyjmujemy korek z cylindra; gdy nad zawiesiną wytworzy się piana, wówczas gasimy ją, dodając parę kropli alkoholu amylowego; następnie szybko przenosimy areometr z roztworu poprawkowego do cylindra z zawiesiną i po upływie 22s wykonujemy odczyt na skali areometru. Pierwszy odczyt przeprowadzamy dla części mniejszych od 0,1mm. Wszystkie czynności od chwili zakończenia mieszania zawiesiny należy wykonywać szybko, ponieważ czas od zakończenia mieszania do odczytu jest bardzo krótki (około 20s). Po dokonaniu odczytu w zawiesinie, który wynosi 104% areometr przenosimy do cylindra z poprawką i wykonujemy odczyt poprawkowy, wynosi on 35%. Następnie ponownie przenosimy areometr do cylindra z zawiesiną i wykonujemy pomiar 1min i 32s dla cząstek mniejszych od niż 0,05, pomiar wynosi 99%, a odczyt poprawkowy 35%. Trzeci odczyt wykonujemy po upływie 9min i 50s, pomiar wynosi 88%, o odczyt poprawkowy 35%. Wszystkie wyniki pomiarów w zawiesinie i w roztworze poprawkowym wpisujemy do tabelki.

Po skończonych pomiarach zawiesinę znad osadu wylewamy do zlewu, a osad pozostały na dnie cylindra przenosimy ilościowo do parownicy; przemywamy go ostrożnie wodą wodociągową i podgrzewamy na kuchence elektrycznej w celu odparowania wody. Po wysuszeniu osad przenosimy na sito o średnicy oczek 0,5mm i przesiewamy. Na sicie zostaje frakcja piasku grubego (1-0,5mm), którą ważymy i obliczamy w procentach w stosunku do próbki wziętej do analizy (40g).

Pozostałą część, która przeszła przez s sito o średnicy oczek 0,5mm wsypujemy na sito o oczkach 0,25 i przesiewamy. Na sicie o średnicy oczek 0,25mm pozostaje frakcja piasku średniego (0,5-0,25), którą ważymy i również obliczamy w procentach. Frakcji piasku drobnego nie oznaczamy, gdyż obliczamy ją z różnicy po ustaleniu procentowej zawartości wszystkich frakcji granulometrycznych w badanej próbce glebowej.

Zatem w badanej glebie części mniejszych od 0,1 jest 69%, części mniejszych od 0,05mm - 64% i części spławianych (<0,02mm) - 53%

Zawartość frakcji pyłu grubego (0,1-0,05) obliczamy, odejmując od wyniku pierwszego wynik drugi: 69% - 64% = 5%

Podobnie obliczamy zawartość pyłu drobnego (0,05-,0,2mm), z tym że od wyniku drugiego odejmujemy wynik trzeci: 64% - 53% = 11%.

Ilość piasku grubego (1-0,5mm) po zważeniu wynosiła 2,30g, co stanowi 5,75%

40g - 100%

2,30g - x%

Ilość piasku średniego (0,5-0,25mm) po zważeniu wynosiła 2,55g, co stanowi 6,375%

40g - 100%

2,55g - x%

Zawartość piasku drobnego (0,25-0,1mm) obliczamy, odejmując od 100% sumę wszystkich frakcji, z wyjątkiem części szkieletowych:

100% - (5,75% + 6,375% + 5% + 11% + 53%) = 18,875%

Tab. 2. Tabelka określająca grupę mechaniczną badanej gleby

Części szkieletowe <1mm [%]	Części ziemiste > 1mm [%]	Zawartość procentowa poszczególnych frakcji granulometrycznych o średnicy [mm]						Grupa mechaniczna
				1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05		0,05-0,02	<0,02
2,65	97,35	5,75	6,375	18,875	5	11	53	Glina ciężka

Źródło: Opracowanie własne na podstawie materiałów do ćwiczeń z gleboznawstwa - Z. Brogowski, Z. Czerwiński

Sprzęt:

1. waga techniczna

2. dwa cylindry szklane o przekroju 6cm i pojemności 1,0l

3. cylinder miarowy o pojemności 1,0l

4. garnek emaliowany o pojemności około 1,5l

5. sita o średnicy oczek: 1,0; 0,5 i o,25mm

6. duża parownica porcelanowa

7. mała parownica porcelanowa

8. areometr Prószyńskiego

9. korek gumowy

10. stoper

11. termometr

12. pałeczka szklana

13. tryskawka

Odczynniki;

1. calgon

2. alkohol amylowy

g. Wnioski

Po przeprowadzeniu badań okazało się że analizowana próbka jest gliną ciężką. Teraz w kilku słowach postaramy się scharakteryzować właściwości przeanalizowanej gleby

W zbadanej próbce mamy 31% piasków, 16% pyłów, 53% części spławianych.

Podczas obserwacji na tle gliniastej masy widoczne są nieliczne ziarenka piasku. Gleba w stanie suchym tworzy agregaty bardzo twarde i zbite, ostrokrawędziste, które sprawiają duże trudności podczas rozcierania,; silny nacisk mechaniczny kruszy je na odłamki drobniejsze; brudzi palce. W stanie wilgotnym tworzy twarde agregaty; przy nacisku mechanicznym kuleczka uformowana pęka na obwodzie; przy wałkowaniu można otrzymać długie i cienkie sznureczki; brudzi silnie palce, gleba na długi okres zatrzymuje wilgoć, wymaga dłuższego podgrzewania, aby doprowadzić ją do stanu suchego

Gliny i iły montmorylonitowe najczęściej silnie pęcznieją, ich wskaźnik plastyczności jest wysoki, cechują się też dużą pojemnością sorpcyjną. Gliny kaolinitowe natomiast pęcznieją słabo, ich pojemność sorpcyjna i wskaźnik plastyczności jest dużo niższy.

Domieszka iłu koloidalnego zwiększa spoistość, plastyczność, przylepność gleby, zaś zmniejsza jej przesiąkliwość i przepuszczalność. W glebach zawierających dużo cząstek najdrobniejszych przestwory wolne mają średnice bardzo małe, co powoduje niekorzystny układ stosunków powietrzno-wodnych. Teoretyczny podsiąk kapilarny w takich glebach jest wysoki, lecz efektywny na ogół niewielki, gdyż ruch wody w bardzo wąskich kapilarach jest powolny. Przy dużej zawartości tej frakcji przeważająca część wody jest związana siłami molekularnymi. Obecność iłu zwiększa pojemność sorpcyjną gleb w stosunku do kationów.

2

---