Тихоненко Д.Г., Дегтярьов В.В. та ін. Практикум з грунтознавства

Подождите немного. Документ загружается.

ТВЕРДІСТЬ

РУНТУ

Тве

діст

ластивість ґр

нт

чинити опір вертикально прикла

еному зовнішньому зусиллю, яке намагається роз’єднати ґрунтову

ас

Кількісно вона може бути виміряна величиною сили, яку треба

затратити для введення в ґрунт плунжера (кульки, циліндра, конуса

т. д.). Вимірюється твердість у кг/см

бо

кПа

еличина твердості ґр

нт

залежить від його гран

лометрично-

го складу, агрегатного стану, вмісту гумусу, складу обмінних катіонів,

щільності та вологості. Д

же дисперговані, безстр

кт

рні,

щільнені

ґрунти, з високим вмістом обмінного натрію і, особливо, при низькому

зволоженні мають підвищен

твердість, а

ґр

нтах з великим вмістом

гумусу, добре оструктурених, насичених обмінними катіонами кальцію

та магнію — твердість різко знижується

исока твердість — ознака несприятливих фізичних, агрофізичних

технологічних властивостей ґрунту. Надто тверді ґрунти при обробіт-

мають несприятливі водні та повітряні властивості, негативно впли-

ають на ріст коренів рослин і життєдіяльність ґрунтової фауни. Чим

ища твердість, тим більший опір ґр

нт чинить робочим органам ґр

н-

тообробних машин і потребує значних затрат енергії при механічному

бробітк

, але на таких ґр

нтах зменш

ється тягове з

силля при переко-

уванні механізмів по полю

На кафедрі ґрунтознавства Харківського НАУ використовується при-

лад конструкції М. І. Лактіонова (рис. 16).

Хі

оботи.

разок ґрунту, розтертий і просіяний крізь решето з діа-

метром 1 мм складають

фарфоров

чашк

і водою доводять до тісто-

подібного стану (контроль — конусом Васильєва). Після цього ґрунт ре-

тельно натовк

ють за допомогою шпателя в отвори формочки (рис. 16).

еред цим формочку і пластину змазують мастилом, щоб зменшити

прилипання ґр

нт

до них. За допомогою стержня зразки ґр

нт

вида-

ляють з формочки, висушують до повітряно сухого стану, складають

у формочку (рис. 17) і роздавлюють, переміщуючи металеву планку за

допомогою гвинтового стержня. В момент роздавлювання ґрунту фік-

ується стрілка динамометра. Операцію повторюють три-чотири рази.

ереднє значення сили (кг/с

), витраченої на р

йн

вання зразка

ґрунту, свідчить про твердість (зв’язність) ґрунту

Твердість ґр

нт

визначають спеціальними приладами — твердо-

мірами. Існує декілька систем твердомірів (В. П. Горячкіна, А. І. Зра-

жевського, Н. А. Качинського та ін.

)

. Нині поши

еним є тве

домі

Ю. Ю. Ревякіна. Прилад даної конструкції дозволяє швидко вимірювати

твердість ґрунту в шарі 0—30 см

Загальне ґрунтознавство

142

изначення твердості ґрунт

твердоміром Ю. Ю. Ревякін

Основною робочою частиною твердоміра служить плунжер, на-

гвинчений на нижній кінець штока, який за допомогою рукоятки крізь

имірюван

пр

жин

втиск

ється

дослідж

ваний ґр

нт. При цьом

имірювальна пружина стискується пропорційно величині опору ґрунту

минання

Характер заглиблення плунжера різко змінюється, коли він досягає

підґр

нтя, підорної підошви, дна борозни, або з

стрічає каміння, корені

дерев’янистих рослин, щільні брили чи пустоти в горизонтах ґрунту

Тве

домі

має самописець для записів вимі

ювання величин

зв’язаності ґрунту. Можлива довжина ортогональної діаграми 30 см

ідповідає робочому ходу штока у глибину. Величина максимальної

Ри

с.

рилад для визначення

вердості (зв’язності) ґрунту

онструкції М. І. Лактіонова

— динамометр

;

— основа прила-

ду

;

— пружинна пластина

;

— металеви

квадрат;

— формоч-

ка

;

— стійки;

— металева планка;

— квад

ат для

оздавлювання

;

— ст

ілка динамомет

а;

— гвинтови

стержен

Ри

с.

ормочка для підготов

и зразків ґрунту для визначен

ня твердості.

— корпус формочки;

— отвори

;

— м

тал

ви

рж

нь для видавлювання

разків ґр

нт

з формочки;

— пла

тина

верд

сть ґр

нт

рдинати діаграми — 50 мм. Діаграма з міліметрового паперу закладаєть-

я на стойк

твердоміра за допомогою притиск

вальної рамки. Олівець

переміщається відносно діаграми вздовж руху плунжера в ґрунті і одно-

асно впоперек її відповідно стиск

ванню вимірювальної пр

жини. При

цьому абсциса діаграми безпосередньо відповідає сантиметрам глибини

ґрунтових горизонтів, а ордината — величині стискання пружини в мм.

Для отримання величини опору ґрунту

кг на плунжер у кожному

горизонті його занурення (1, 5, 10, 15, 20, 25 і 30 см) потрібно виміряти

мм відповідну даному горизонту ординату діаграми (

)

і помножити

ї величину на калібр вимірювальної пружини (

)

кг/мм. Тоді загальний

пір ґр

нт

на пл

нжер б

де дорівнювати

а твердість ґр

нт

ідповідно

T =

⋅

де

— загальний опір ґрунту на плунжер, кг;

— площа плунжера, см

алежно від ст

пеня зв’язності дослідж

ваного ґр

нт

застосов

ють

змінні плунжери. Для вимірювання твердості свіжооброблених ґрунтів

икористов

ють пл

нжер діаметром 3 см

льт

рних нео

ро

лених —

2, а щільних і задернілих — 1 с

. Повторність вимірювання п’яти-

кратна. Одночасно відбирають зразки на вологість ґрунту. Результати

имірювання твердості ґрунту супроводжують даними щодо вмісту во-

логи і записують у табл. 28, а також оформляють графічно

изначення твердості ґрунту

ли

ина

см

Довжина о

динати, мм,

овто

ніст

абсциса

алібруваль

ного графіка,

кг

площа

плунж

ера

см

гі

ть

рунту,

се

ед

цінку твердості ґрунту проводять за шкалою Н. А. Качинського

(

табл. 41

а допомогою твердоміра можна визначити строкатість будови орно-

го шару ґрунту, яка виникає за різного обробітку, або при проході ходо-

их частин машинно-тракторних агрегатів

агальне ґрунтознавств

144

41. Шкала твердост

ґрунту, за Н. А. Качинськи

вердість ґрунт

тан ґрунт

—

—1

1,0

—

2,0

—

3,0

0—5

0—10

ухки

ередньопухкий (пухкуватий

)

ільнений

ільний

же щільний

литий

Для цього слід використовувати методику Г. В. Назаренка (1979),

згідно з якою перпендикулярно до напряму оранки (проходу ходових

астин машинно-тракторних агрегатів) на глибині 1, 10, 20 і 30 см

у 10 точках, через кожні 10 см визначають твердість ґрунту в 10-кратній

повторності, середні значення відкладають на масштабній сітці, після

ого точки з однаковими значеннями твердості з’єднують лініями. Про

арактер і закономірності

строкатості б

дови, яка викликана робочи-

ми органами ґрунтоо

ро

люваних машин а

о рухом ходових частин

ільськогосподарських машин і тракторів, судять з розподілу на графіку

золіній твердості

озрах

нок питомого опор

ґр

нт

за твердістю

Питомий оп

р ґрунт

—

ношення зусилля, яке витрачається

а підрізання, обертання і тертя скиби об робоч

поверхню знаряддя до

лощі

її

поперечного перетин

. Вимірюється в кг/см

бо

кПа

еличина питомого опор

ґр

нт

залежить від гран

лометричного

кладу, вмісту гумусу, структурності, складу обмінних катіонів, воло-

гості і стану агрофону

а величиною питомого опору розраховують сумарне тягове зусилля

при обробітку. При цьому користуються формуло

= К ·

де

— питомий опір ґрунту, кг/см

;

— гли

ина оранки, см;

— ширина

ахват

, см.

вичайно питомий опір ґрунту при обробітку визначають динамомет-

рично, що складно і потреб

є багато час

та праці. Простіше виконати

розрахунки за показниками твердості ґрунту, наприклад, за рівнянням

. П.

ганесяна:

145

верд

сть ґрунт

,пР

0520⋅⋅

де

— питомий опір ґрунту, кг/см

;

— кое

іцієнт те

тя;

— твердість

рунту, кг/см

;

— площа плунжера, см

; 0,052 — перевідний коефіцієнт

Якщо при

няти

за 1, врах

вати, що

, то рівняння набуде

такого вигляду

· 0

052 кг/с

Тому сумарне тягове зусилля при обробітку можна розраховувати за

форм

лою:

Р =

0,0

Т ·

ІЗИЧНА СТИГЛІСТЬ

РУНТ

Фіз

ична

тигл

іс

ть —

акий стан ґрунту, коли він має невисоку

ипкість, мінімальний питомий опір при обробітку і максимальну здат

ість до зерніння з утворенням грудочок розміром 0,5—10 мм без брил

та пил

, створюючи найбільш сприятливе співвідношення між твер

ою фазою, водою і повітрям.

тан

фізичної стиглості ґр

нт досягає при певній вологості. Навес-

ні раніше від інших такого явища досягають легкі (піщані та супіщані)

ґрунти. Високогумусовані ґрунти також раніше придатні до обробітку,

ніж ґрунти з низьким вмістом органічної речовини. Стиглість ґрунту

лабораторних умовах визначають за вологістю його зерніння.

Визначення вологості зерніння ґрунт

а мето

ом М. М. Го

лін

На технічних терезах зважують 30 г повітряносухого ґрунту, просія-

ного крізь сито з діаметром отворів 1 мм. Переносять наважк

фар-

форову чашку діаметром 10—12 см. До ґрунту з бюретки поступово

(

краплями) додають дистильован

вод

і ретельно переміш

ють його

кляною паличкою з оплавленим кінцем. Час від часу притискують

паличкою до дна чашки і знов

переміш

ють. При зміш

ванні ґр

нт

початку утворюються дрібні зернятка, які збільшуються потім до ве-

ичини дрібної горошини. Це і буде ознака закінчення процесу зерніння

ґрунтово

маси

Якщо ця межа перевищена, утворюються гладенькі блискучі грудоч-

ки. В цьом

разі визначення вологості зерніння повторюють. Про меж

зерніння судять за кількістю води, витраченої на цей процес, з урахуван-

ням вміст

гігроскопічної вологи в ґр

нті

ологість зерніння визначають за формулою

з 100 W

W +=

де

— вологість зерніння, %;

— маса води, яка пішла на зерніння (кіль-

кість мл

)

, г;

— маса повітряно с

хого ґр

нт

, г;

— вміст

ґр

нті гігро-

копічної вологи

ВИ

НАЧЕННЯ В

ОС

ТІ ТА

ОС

ВНИХ

ВОДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

РУНТІ

ода у ґрунті

ним з основних його компонентів і о

ночасно о

ним з головних факторів, які визначають його продуктивність та направ-

леність розвитку. Вона сприяє проходженню біологічних і біохімічних

процесів, визначає напрямок та інтенсивність перетворення мінераль-

них й органічних речовин, їх переміщення та формування генетичних

горизонтів профілю ґр

нт

Нормальний ріст і розвиток рослин, життєдіяльність ґрунтової мікро-

флори і фа

ни неможливі без достатньої кількості води. Для

творення

1 г сухої речовини рослини витрачають від 200 до 1000 г води

ода у ґрунті виконує роль терморегулюючого фактора і значною

мірою визначає його тепловий баланс та температурний режим. Фізич-

ні, фізико-механічні і технологічні властивості ґрунту залежать також

ід наявності води. Отже, вода є необхідною умовою і фактором родю-

ості ґрунту

ода та розчинені в ній різні речовини складають рідинн

фаз

ґр

н-

ту, а

о ґрунтовий розчин, з якого рослини через свою кореневу систе-

вбирають вод

та поживні речовини і який відіграє вирішальн

роль

житті рослинного організму. У залежності від ґрунтових умов вода

по-різному зв’язана з твердою фазою ґрунту, що позначається на рухли-

ості води в ґрунті та на її доступності рослинам.

Стан і форми води в ґр

нт

фізичної точки зору вода у ґрунті може знаходитись у рідкому, га-

зоподібному і твердому стані. При плюсових температурах — у рідкому

газоподібном

стані, при мін

сових —

твердом

у.

Рідка вода перебуває в складному фізичному взаємозв’язку з твер-

дою та газоподібною фазами ґр

нт

. Переходячи з одного стан

в інший,

ода на

уває нових властивостей

а О. А. Роде (1965), залежно від характеру зв’язку води з твердою

фазою ґрунту, її поділяють на п’ять форм або категорій: твер

а, хімічно

в’язана, па

оподібна,

ізично зв’язана і вільна

Тверда вода (лід) утворюється при замерзанні вільної води. Лід є по-

тенціальним джерелом рідкої та пароподібної води, в яку він переходить

наслідок танення і випаров

вання. Утворюючись з рідкої форми, лід

збільшується у об’ємі, розклинює ґрунтову масу і мінерали при фізично-

вивітрюванні. Поява води

формі льод

має сезонний або багаторіч-

ний характер. Сезонна мерзлота відіграє велику роль у водному режимі

агальне ґр

нтознавств

ґрунтів, викликаючи конденсацію пароподібної води, перехід капіляр-

ної води в лід і тим самим забезпеч

є нагромадження її

верхній час-

ині ґрунтового профілю в холодний період року. В зоні постійної мерз-

оти при відтаюванні лід переходить

рідк

фаз

. Оскільки ґр

нтова

ода — завжди розчин, температура її замерзання нижче 0

С.

Хімічно зв’язана вода входить до складу різних хімічних речовин

ґрунту і поділяється на конституційну та кристалізаційну

Конституц

йна вода входить до складу молекул мінералів у формі

гідроксильних груп ОН

–

Ця вода не зберігає своєї молекулярної єдності,

а є частиною мінералу і може бути вилучена з нього при температурі

5—

і вище. Найпоширенішими спол

ками в природі з такою во-

дою є глинисті мінерали, наприклад, каолініт, монтморилоніт, гідрати

заліза, алюмінію, марганцю (Fe(OH

)

(

)

(

)

), органічні та

мінеральні сполуки

исталізаційна вода у молекулярній формі входить до скла-

ду кристалів-мінералів. Наприклад, гіпс (CaS

), мірабіліт

(

· 1

)

, хло

ид кальцію

(

CaCl

O) та ін. Виділити цю воду

з мінералів можна при температурі 20—65

Хімічно зв’язана вода за

ізичним станом є

ізновидом тве

дої води.

она нер

хома, не є розчинником по відношенню до елементів живлен-

ня та солей, не володіє і зовсім недоступна рослинам

Пароподібна вода.

ґр

нтовом

повітрі завжди є водяні пари, які

у вигляді пароподібної суміші заповнюють пори, вільні від рідкої води.

більшості випадків ґрунтове повітря насичене парами води до 100%,

а вміст пароподібної води у ґрунті становить близько 0,001%

ароподібна вода безперервно утворюється у ґрунті, рухаючись від

горизонту до горизонту, перетворюючись в інші форми шляхом конден-

ації або сорбції. При від’ємних температурах відбувається конденсація

спостерігається намерзання води

вигляді льод

. При р

сі пароподіб-

ної води переміщення поживних речовин і солей не відбувається, але

процес

її

творення завжди с

проводж

ється нагромадженням

том

горизонті, де відбувається випаровування речовин, які знаходились

у розчині. Пароподібна вода у ґрунті рухається у паровому просторі

ід ділянок з високою пружністю (активний рух), а також разом з током

повітря (пасивний рух). Для рослин ця форма води недоступна

Фізично зв’язана (адсорбована) вода. Фізичне зв’язування води твер-

дою фазою ґрунту відбувається внаслідок дії молекулярних сил. Фі-

зична с

ть адсорбції полягає

наявності на поверхні розділ

твердої

рідкої фаз некомпенсованих міжмолекулярних сил, які мають елект-

ричн

природ

. Оскільки вода має висок

діалектичн

стал

(76—80)

нейтральну реакцію, її молекули легко і міцно зв’язуються, сорбуються

еликою поверхнею ґрунтових пор та дисперсних часток, утворюючи

изначення вологост

та основних водних характеристик ґр

нт

ів

плівки о

ієнтованих диполів води. Місткість

іксації со

бованих моле-

л води найбільша поблиз

ґр

нтових часток і пост

пово зменш

ється

міру віддалення від них. Відповідно зростає і рухомість води. Залежно

ід міцності

тримання сорбційними силами, фізично зв’язан

вод

роз-

поділяють на

іцно зв

’

язану і неміцно зв

’

язан

Міцно зв’язана (гіг

оскопічна

)

вода утворюється за рахунок пог-

линання молекул води з повітря. Вона міцно утримується навкруги

ґрун тових часток. Здатність ґрунту вбирати з повітря пароподібну воду

називають гігроскопічністю, а ввібрану таким чином вологу —

ігро

опічною

(

г).

ількість гігроскопічної води

ґр

нті залежить від ст

пеня наси-

еності повітря вологою і температури, дисперсності ґрунту, наявності

ньом

органічної речовини і розчинних солей. Вміст гігроскопічної

оди значно підвищується у високогумусних, торфових та глинистих

ґрунтах і зменшується в супіщаних та піщаних

Найбільшу кількість води, яку може увібрати з повітря ґрунт, назива-

ть максимальною гіг

оскопічністю

(

МГ

)

. Кількість цієї води для дано-

го ґрунту є величиною сталою

ігроскопічна вода перебуває у ґрунті в близькому до твердого тіла

тані

щільність її досягає 1

5—1

8 г/с

Вона

трим

ється навколо по-

ерхні ґрунтових часток з силою 10—20 тис. атм., не замерзає, не розчи-

няє електролітів, перес

вається лише при переході

пароподібн

форм

недоступна рослинам.

еміцно зв’язана

(

плівкова

)

вода утворюється понад максимальну

гігроскопічність, внаслідок неповної компенсації поверхневої енергії ґрун-

тових часток. Вона утримується сорбційними силами тиском 1—10 атм.

утворює багатошарову плівку слабко орієнтованих молекул води.

тан вологості ґрунту, за якого кількість плівкової води досягає най-

більшого значення

називають

аксимальною молек

лярною вологоєм

ністю

(ММВ). Вміст у ґрунті цієї води у два-чотири рази перевищує

максимальн

гігроскопічність

лівкова вода перебуває у в’язко-рідкому стані. Вона може рухатися

ізних нап

ямках, від ділянок більшої вологості до меншої, але швид-

кість руху надто мала. Плівкова вода слабко розчиняє та пересуває солі

дуже обмежено доступна рослинам.

ільна вода в ґрунті знаходиться у рідкому стані, не зв’язана сорб-

ційними силами з ґрунтовими частками і рухається під дією капіляр-

них та гравітаційних сил. У ґр

нтах така вода знаходиться

капілярній

гравітаційній формах

апілярно

відносять воду, яка заповнює ґрунтові капіляри різ-

ної величини і форми. У останніх сили капілярної взаємодії між водою

твердою фазою ґрунту більші за гравітаційні.

агальне ґр

нтознавств

150

апіля

на вода заповнює лише найтонші капіля

и між механічними

елементами та мікроагрегатами і р

хається під впливом меніскових сил

у різних напрямах. Висота (h) капілярного руху води визначається по-

ерхневим натягом і раді

сом капілярів. При збільшенні поверхневого

натягу та зменшенні радіуса капілярів висота підняття води підвищуєть-

я. Дана залежність описується формулою Жюрена:

cм = 0

15 :

де

— радіус капілярів, мм

Меніскові сили проявляються лише в порах з діаметром менше

8 мм, найактивніші пори мають діаметр від 100 до 3 мкм. Пори круп-

ніше 8 мм заповнюються гравітаційною водою або повітрям, а менше

3 мкм — зв’язаною во

ою.

У ґр

нтах капілярна вода може б

ти

двох формах: підвішеній та

підпе

тій. Капіля

но-підвішена — заповнює по

и п

и зволоженні

ґр

нт

зверх

, а коли вона підпирається зниз

вільною підґр

нтовою во-

дою

її

називають

апілярно-підперто

а фізичним станом капілярна вода рідка, дост

пна рослинам, має ви-

оку рухомість, розчиняє і переміщує солі, колоїдні органічні та мінераль-

ні частини, тонкі суспензії. Всі заходи, направлені на збереження води

у ґрунті або поповнення її запасів, пов’язані із створенням запасів саме

капілярної води і зменшенням її витрачання на фізичне випаро вування.

Гравітаційна вода з

стрічається

ґр

нті

двох видах: вода, що про-

очується і підґрунтова

ода, що просоч

ється, це вільна гравітаційна вода, яка р

хається

крізь товщу ґрунту під впливом сил гравітації. Таке явище відбувається

після рясних дощів, танення сніг

, або після полив

. Ця вода знаходить-

я у рідкому стані, доступна рослинам, рухається по грубих порах і трі-

щинах, має розчинну здатність, переміщує солі, колоїдні розчини, тонкі

успензії

оли гравітаційна вода досягає водотривкого шару ґрунту, вона пе-

ретворюється на

ґр

нтов

во

ду

В даном

стані всі пори і проміж-

ки в ґрунті заповнені водою (крім пор, що містять защемлене повітря).

ідґр

нтові води мож

ть б

ти застійними, або стікаючими в напрямк

похилу водотривкового шару. Вони доступні рослинам, але якщо корін-

ня довгий час переб

ває в їх товщі, то рослини терплять від нестачі кис-

ню та поживних речовин, частково або повністю відмирають.

рисутність значної кількості вільної гравітаційної води у ґрунті —

небажане явище, що викликає тимчасове або постійне перезволожен-

ня ґрунту, створюючи в ньому анаеробні умови і сприяючи розвитку

процесів оглеєння. Ос

вальні меліорації направлені на зменшення

запасів вільної гравітаційної води у ґрунтах