روش تعیین بافت خاک به روش هیدرومتری (آزمایشگاهی) - راهنمای جامع
مقدمه:
روش هیدرومتری (Hydrometer Method) یکی از دقیق‌ترین روشهای آزمایشگاهی برای تعیین درصد ذرات خاک (شن، سیلت و رس) بر اساس قانون استوکس (Stokes' Law) است. این روش در استانداردهای بین‌المللی مانند ASTM D422 و BS 1377 توصیه شده است.
برای دسترسی به نقشه‌های شیپ فایل بافت خاک استان‌های ایران به لینک زیر مراجعه فرمایید:
برای دسترسی به مقاله بافت خاک به لینک زیر مراجعه فرمایید:
" بافت خاک: روشهای تحلیل و کاربردها"
برای دسترسی به مقاله تعیین بافت خاک به روش دستی (لمسی) به لینک زیر مراجعه فرمایید:
"تعیین بافت خاک به روش دستی (لمسی) - راهنمای گام‌به‌گام"
وسایل مورد نیاز
استوانه هیدرومتری (با دقت 0.001 گرم بر سانتیمتر مکعب)
همزن مکانیکی یا دستی
ترازوی دیجیتال (دقت 0.01 گرم)
آب مقطر
محلول پراکنده‌ساز (سدیم هگزامتافسفات 5%)
ترمومتر (دقت 0.1 سانتی‌گراد)
کرونومتر (زمان‌سنج)
آون (برای خشک کردن نمونه)
مراحل انجام آزمایش
50 گرم از خاک خشک شده را با 10 میلی‌لیتر محلول پراکنده‌ساز مخلوط کنید.
به مدت 15 دقیقه با همزن مکانیکی مخلوط کنید تا ذرات کاملاً جدا شوند.
مخلوط خاک را به استوانه 1000 میلی‌لیتری منتقل کنید.
با آب مقطر تا خط نشانه پر کنید.
با درپوش استوانه را ببندید و 1 دقیقه به شدت تکان دهید.
استوانه را روی سطح صاف قرار دهید و کرونومتر را شروع کنید.
هیدرومتر را در زمان‌های مشخص وارد کنید و مقادیر را بخوانید:
40 ثانیه (برای اندازه‌گیری ذرات شن)
2 ساعت (برای سیلت)
24 ساعت (برای رس)
از فرمول اصلاح‌شده استوکس استفاده کنید:
D = √[(18η)/((ρₛ - ρₗ)g] × √(L/t)
متغیرها و واحدهای این رابطه به قرار زیر است:
|
متغیر |
توضیح |
واحد در SI |
واحد متداول |
|
D |
قطر ذره خاک |
متر (m) |
میلی‌متر( (mm |
|
η |
ویسکوزیته دینامیک آب |
پاسکال-ثانیه (Pa·s) |
پواز (P) |
|
ρₛ |
چگالی ذرات خاک |
کیلوگرم بر مترمکعب (kg/m³) |
گرم بر سانتیمترمکعب (g/cm³) |
|
ρₗ |
چگالی آب در دمای آزمایش |
کیلوگرم بر مترمکعب (kg/m³) |
گرم بر سانتیمترمکعب (g/cm³) |
|
g |
شتاب گرانش زمین |
متر بر مجذور ثانیه (m/s²) |
سانتیمتر بر مجذور ثانیه (cm/s²) |
|
L |
عمق غوطه‌وری هیدرومتر |
متر (m) |
سانتیمتر (cm) |
|
t |
زمان قرائت |
ثانیه (s) |
دقیقه (min) |
مقادیر استاندارد برای محاسبه
η = 0.001002 Pa·s
یا
1.002 cP
kg/m³ 2650
یا
g/cm³ 265
ρₗ = 998.21 kg/m³
یا
g/cm³ 99821/0
g = 9.81 m/s²
یا
cm/s² 981
نمونه محاسبه عملی
شرایط آزمایش:
زمان (t) = 40 ثانیه
عمق (L) = 1/0 متر
دمای آب = 20 درجه سانتی‌گراد
D = √[(18×0.001002)/((2650-998.21)×9.81)] × √(0.1/40)= √[0.018036/16196.5] × 0.05=√(1.113×10⁻⁶) × 0.05=0.001055 × 0.05=0.00005275 m=0.053 mm
این قطر از ذرات مربوط به ذرات شن است.
|
قطر تقریبی (میلی‌متر) |
ذرات اندازه‌گیری‌شده |
زمان قرائت |
|
>0.05 |
شن |
40 ثانیه |
|
0.002-0.05 |
سیلت |
2 ساعت |
|
<0.002 |
رس |
24 ساعت |
نکات کلیدی برای دقت بیشتر
محدودیت‌های روش
برای خاک‌های آلی (بیش از 10%) مناسب نیست.
ذرات سنگین‌تر از کوارتز (مانند هماتیت) نیاز به اصلاح دارند.
مقایسه با روشهای دیگر
|
مشخصه |
هیدرومتری |
روش پیپت |
روش لیزری |
|
دقت |
±3% |
±5% |
±1% |
|
هزینه |
پایین |
متوسط |
بالا |
|
زمان |
24 ساعت |
6 ساعت |
15 دقیقه |
|
تجهیزات |
ساده |
تخصصی |
بسیار پیشرفته |
نتیجه‌گیری
روش هیدرومتری با دقت قابل قبول و هزینه پایین، استاندارد طلایی آزمایشگاه‌های خاک‌شناسی است. برای پروژه‌های تحقیقاتی، ترکیب آن با روشهای مدرن مانند لیزر دیفرکشن توصیه می‌شود.