رطوبت خاک و نیروی مربوطه
آبی که وارد خاک می شود تحت اثر دو دسته نیروی مخالف قرار می گیرد :
نیروهایی که آب را به اعماق خاک می کشند و در صورت کفایت تا مرز سفره آبهای زیرزمینی پایین می برند. نیروهایی که آب را در خاک نگه می دارند و کلاً نیروی مکش یا نگهدارنده آب در خاک نامیده می شوند. نیروهای نگهدارنده آب در داخل خاک عبارتند از :
الف) نیروی جذب سطحی یا جاذبه ای :
این نیرو در سطح تماس آب و ذرات جامد خاک وجود دارد
ب) نیروی کاپیلارتید :
این نیرو در سطح تماس آب و هوا وجود دارد
پ) نیروی ثقل :
که حاکم بر کلیه ملکولهاست
ج) نیروی هیدروستاتیک:
که از تأثیر وزنی مولکول های آب بر یکدیگر ناشی می شوند درخاک به ظاهر خشک ذرات جامد همواره با نیروی جاذبه زیاد ( حدود 10 تن بر سانتی متر مربع) قشر بسیار نازکی از آب را در سطح خود نگهداری می کند. با افزایش رطوبت خاک از تأثیر این نیرو کاسته می شود.
نیروی کاپیلاریته در مقام خودنمایی در مقابل نیروی ثقل قرار می گیرد و موجب نگهداری آب در خلل و فرج ریز خاک می گردد وقتی رطوبت در خاک از حد معینی تجاوز می نماید این حد به بافت و ساخت خاک بستگی دارد) دیگر نیروهای فوق در مورد مازاد آب قادر به مقاومت در مقابل نیروی ثقل نخواهد بود و آب تحت تأثیر نیروی ثقل و هیدروستاتیک در خاک جریان می یابد.
اگر چه آب درون خاک همواره تحت تأثیر چنین نیروهایی واقع می شود و لیکن نیروی ثقل نمی تواند همه آب موجود در بافت خاک را تحت تأثیر قرار داده به حرکت و مهاجرت وادارد و در حقیقت همواره مقداری آب در خاک باقی می ماند که نیروی ثقل قادر به جدا کردن آن از ذرات خاک نیست. این بخش از آب درون خاک تحت عنوان نگهداری خاک بیان می شود.
بنابراین هنگامی که آب نفوذ خود را در خاک شروع می کند تحت تأثیر نیروی ثقل به مرطوب ساختن خاک پرداخته و به حرکت خود به سمت پایین ادامه می دهد و خاک به ناچار حداکثر آب ممکنه را در خود نگه داشته آب اضافی را اجازه ادامه مسیر می دهد. این فعالیت آب تحت عنوان ذخیره سازی آب در خاک شهرت دارد. آبی که در خاک باقی مانده و تحت نیروی ثقل قرار نمی گیرد دقیقاً به مثابه قطره ای است که در امداد یک جسم باریک و عمودی حرکت کرده بعد از رسیدن به رأس آن به صورت یک دایره کشیده به آن آویزان می شود ولی عمل جدا سازی از آن صورت نمی گیرد. آب باقیمانده در خاک نیز در اطراف ذرات جمع شده از آن جدا نمی شود این آب به آب غشایی شهرت دارد.
آب غشایی که به سطوح ذرات چسبیده در برابر جذب ریشه گیاهان نیز مقاومت شدیدی از خود نشان می دهد. هنگامی که مقدار نیروی کشش به 15 بار یا بیشتر بالغ گردد دیگر ریشه های گیاهی نیز قادر به استفاده و جذب این آب نموده و آب باقیمانده در خاک دیگر نمی تواند در متابولیسم گیاهی شرکت کند. مقدار آب باقیمانده در خاک که دیگر تحت تأثیر نیروی جذب ریشه ای نیز واقع نمی شود و گیاه قادر به استفاده از آن نیست تحت عنوان آب هیگروسکوپیک بیان می شود.
عیار رطوبت خاک عبارتست از نسب وزن آب موجود توده خاک به وزن اجزاء جامد آن. وزن اجزاء جامد /وزن آب توده خاک W = عیار رطوبت خاک در عمل برای تعیین وزن آب ،وزن معینی از خاک مرطوب را در گرمخانه با دمای ثابت 105 درجه سانتی گراد قرار می دهند. کاهش وزن خاک خشک شده وزن آب موجود در توده خاک را نتیجه میدهد. وزن خاک خشک شده بعنوان وزن ذرات جامد خاک بکار برده میشود. عیار رطوبت خاک بصورت درصد نشان داده میشود.
در بسیاری از خاکها درصد رطوبت طبیعی یکی از خواص فیزیکی مهم است که رفتار خاک را در مقایسه با حدود اتربرگ بیان می کند و بیشتر به صورت حجمی بکار میرود. در خاکهای ریز دانه (چسبنده) پایداری و مقاومت خاک بستگی به درصد رطوبت آن دارد. در این حالت رطوبت طبیعی خاک با نشانه های حد روانی و حد خمیری مقایسه می شود و در نتیجه حالت روانی و سفتی خاک مشخص می شود.
اشتباهات معمول:
1- استفاده از ترازوی کالیبره نشده یا بد کالیبره شده.
2- از دست رفتن خاک بین توزین اولیه و ثانویه.
3- از دست رفتن رطوبت نمونه قبل از توزین اولیه.
4- اضافه شدن رطوبت به نمونه پس از خشک کردن و قبل از توزین ثانویه.
5- دمای نامناسب آون، نمونه خیلی کوچک یا وزن غلط ظرف.
6- خارج نمودن نمونه از آون قبل از دستیابی به وزن خشک ثابت.
7- توزین نمونه هنگامیکه هنوز داغ است (برای ترازوهای حساس به دما).
اندازه گیری رطوبت خاک با دستگاهTDR
رطوبت خاک را با روشهای مختلفی میتوا ن اندازه گیری کرد. بطور کلی آنها را میتوان به دو دسته مستقیم و غیر مستقیم تقسیمبندی نمود:
1- روش اندازه گیری مستقیم : در این روش رطوبت خاک به روش وزنی و از طریق خشک کردن نمونه در دستگاه اتوو با درجه حرارت 105 درجه سانتیگراد تعیین میشود.
2- روشهای غیر مستقیم: در این روشها با استفاده از دستگاههای مختلف ، میزان رطوبت خاک تعیین میشود. مهمترین این روشها عبارتند از:
- نوترونمتر
- بلوک گچی
- تانسیومتر
- TDR
- تتاپروب
نوشتار پیشرو اختصاص به اندازهگیری عملی رطوبت خاک با استفاده از دستگاه TDR( Time Domain Reflectometry) دارد.
- اندازه گیری رطوبت خاک با دستگاه )TDRمدل دلتا تی):
یک دستگاه TDR از یک قسمت مرکزی گیرنده و یک سنسور میلهای تشکیل شده است . برای اندازه گیری رطوبت خاک میلههای سنسور در داخل پروفیل و ترجیحا به تفکیک افقها قرار میگیرد. سنسور معمولا از 4 یا 5 میله مسی یا فلزی مشابه و هم اندازه تشکیل شده است که بصورت دایره یا کنار یکدیگر قرار گرفته است.
اساس کار دستگاه TDR براین اصل استوار است که دستگاه گیرنده علایمی را به داخل سنسور میلهای ارسال کرده که از میلهای اصلی(که معمولا میله وسطی است) این علایم خارج شده و توسط میلههای کناری دریافت میشوند. هنگامی که سنسور در داخل خاک قرار دارد و بین میلهها را خاک فرا میگیرد بسته به میزان رطوبت خاک، زمان عبور موج الکترومغناطیس تغییر میکند و دستگاه برحسب واحدهای مختلف (بسته به تنظیم دستگاه بر روی کدام واحد) که معمولا میلی ولت، درصد رطوبت و یا مجموع هر دو است میزان رطوبت را مستقیما قرائت میکند.
شامل 20 صفحه word
دانلود تحقیق رطوبت خاک و نیروی مربوطه
