The use of a laser diffractometer to analyse the particle size distribution of selected organic soils

• Autorzy: Straż Grzegorz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.146095

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie dyfraktometru laserowego do analizy uziarnienia wybranych gruntów organicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with the problem of determining the particle size distribution of selected organic soils from the vicinity of Rzeszów (Poland), using a laser diffractometer method, the knowledge of which will allow to determine the degree of differentiation or similarity of the tested organic soils in this aspect. The HELOS Laser Diffractometer manufactured by Sympatec GmbH was used for the tests. For proper analysis, the researches results in the form of graphs were grouped according to the content of organic substances in accordance with the standard classification. The conducted research was primarily aimed at presenting the grain differentiation and particle size distribution in terms of the applied method and comparing the test results of samples of selected, different organic soils, prepared using the same dispersion procedure and carried out in exactly the same test conditions, generated using capabilities of a diffractometer. Summing up, the laser diffractometer method presented in the article, although not fully verified in the case of organic soils, seems to be a the perspective method with capabilities allowing it to be nominated as an exceptionally useful method for the investigations of soft soils, including organic soils.

PL

W niniejszej pracy zaprezentowano wyniki analizy granulometrycznej 12 próbek wybranych gruntów organicznych pochodzących z okolic Rzeszowa. Grunty te, ze względu na ich cechy charakterystyczne, zaliczane są do gruntów słabonośnych, charakteryzujących się w stosunku do gruntów mineralnych, głównie niewielką wytrzymałością oraz małą sztywnością. Pomimo tych niekorzystnych właściwości obecnie grunty te znajdują się w obszarze zainteresowań inżynierii geotechnicznej z powodu coraz częstszego ich lokalizowania na terenach będących obiektem zainteresowania inwestorów. Posadowienie obiektów budowlanych czy konstrukcji inżynierskich na terenach, gdzie zalegają grunty słabonośne, w tym organiczne, jest wyjątkowo skomplikowane, pracochłonne i kosztowne a kluczem do bezpiecznego posadowienia jest prawidłowe określenie ich właściwości i parametrów geotechnicznych, a określenie składu ziarnowego jest jednym z podstawowych badań geotechnicznych. Niestety, na chwilę obecną nie opracowano dedykowanej metody, która byłaby w pełni wiarygodna w przypadku badań granulometrycznych gruntów organicznych. Opracowania naukowe w tym zakresie, najczęściej obejmują badania mineralnej części szkieletu gruntowego, które w warunkach laboratoryjnych zostały pozbawione materii organicznej, a to przede wszystkim ona decyduje o właściwościach gruntu organicznego. Skutkiem takiego modyfikowania próbek do badań jest fakt, że próbki te różnią się od naturalnego materiału pozyskanego ze złoża i oczywistym jest, że charakteryzują się zupełnie różnymi właściwościami. Wyników tych obydwu badań nie można bezpośrednio porównywać, mimo, że materiałem bazowym do badań granulometrycznych był ten sam grunt organiczny. Dlatego planując badania zaprezentowane w niniejszym opracowaniu, przyjęto że zostaną one przeprowadzone na próbkach gruntów organicznych o kompletnym szkielecie gruntowym, bez rozdzielania materiału badawczego na cześć mineralną i organiczną.

Słowa kluczowe

EN

laser diffraction; particle size distribution; organic soil; soft soil

PL

analiza granulometryczna; dyfraktometr laserowy; grunt organiczny; grunt słabonośny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 3
• Strony: 521--539
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Straż Grzegorz

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5847-0441

Bibliografia

• [1] PN-EN ISO 14688-1:2018-05 Geotechnical investigation and testing - Identification and classification of soil - Part 1: Identification and description. Poland, 2018.
• [2] PN-EN ISO 14688-2:2018-05 Geotechnical investigation and testing - Identification and classification of soil - Part 2: Principles for a classification. Poland, 2018.
• [3] PN-B-04481:1998 Building Soils. Laboratory Tests. Poland, 1998.
• [4] M. Ryżak and A. Bieganowski, “Determination of particle size distribution of soil using laser diffraction - comparison with aerometric method”, International Agrophysics, vol. 24, no. 2, pp. 177-181, 2010.
• [5] E. Myślińska, Organic soils and laboratory methods of their testing. Warszawa: PWN, 2001.
• [6] A. Puppala, S. Pokala, N. Intharasombat, and R. Williammee, “Effects of organic matter on physical, strength and volume change properties of compost amended expansive clay”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 133, pp. 1449-1461, 2006.
• [7] R. Varghese, S. Chandrakaran, and K. Rangaswamy, “Effect of organic content on geotechnical properties of bentonite clay”, presented at Indian Geotechnical Conference IGC2016, 15-17 December 2016, IIT Madras, Chennai, India.
• [8] H. Malkawi, A. Alawneh, and T. Osama, “Effects of organic matter on the physical and the physicochemical properties of an illitic soil”, Applied Clay Science, vol. 14, no. 5-6, pp. 257-278, 1999, doi: 10.1016/S0169-1317(99)00003-4.
• [9] M. Olgun and M. Yıldız, “Effect of organic fluids on the geotechnical behavior of a highly plastic clayey soil”, Applied Clay Science, vol. 48, no. 4, pp. 615-621, 2010, doi: 10.1016/j.clay.2010.03.015.
• [10] L. Zeng, Z. Hong, C. Wang, and Z. Yang, “Experimental study on physical properties of clays with organic matter soluble and insoluble in water”, Applied Clay Science, vol. 132-133, pp. 660-667, 2016, doi: 10.1016/j.clay.2016.08.018.
• [11] E. Ekwue, “Organic-matter effects on soil strength properties”, Soil and Tillage Research, vol. 16, no. 3, pp. 289-297, 1990, doi: 10.1016/0167-1987(90)90102-J.
• [12] G. Kacprzak, P. Pietrzykowski, and Z. Veinovic “Liquid consistency of organic soils under the bridge construction”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 2, pp. 181-194, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.137162.
• [13] E. Shein, E. Milanovskii, and A. Molov, “The effect of organic matter on the difference between particle-size distribution data obtained by the sedimentometric and laser diffraction methods”, Eurasian Soil Science, vol. 39, supll. 1, pp. 84-90, 2006, doi: 10.1134/S106422930613014X.
• [14] L. Oprychał, R. Chmielewski, and A. Bąk “Liquid New method for comparing of particle-size distribution curves”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 1, pp. 63-72, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.140156.
• [15] ISO 11277:2009 Soil quality - Determination of particle size distribution in mineral soil material - Method by sieving and sedimentation. Switzerland, 2009.
• [16] PN-EN ISO 17892-4:2017 Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 4: Determination of particle size distribution. Poland, 2017.
• [17] M. Ryżak, P. Bartmiński, and A. Bieganowski, “The methods for determining the grain size distribution of mineral soils”, Acta Agrophysica, vol. 4, no. 175, pp. 1-84, 2009.
• [18] G. Eshel, G. Levy, U. Mingelgrin, and M. Singer, “Critical evaluation of the use of laser diffraction for particle-size distribution analysis”, Soil Science Society of America, vol. 68, pp. 736-743, 2004.
• [19] M. Konert and J. Vandenberghe, “Comparison of laser grain size analysis with pipette and sieve analysis: A solution for the underestimation of clay fraction”, Sedimentology, vol. 44, pp. 523-535, 1997.
• [20] A. Gorączko and S. Topoliński, “Particle size distribution of natural clayey soils: a discussion on the use Laser Diffraction Analysis (LDA)”, Geosciences, vol. 10, no. 2, 2020, doi: 10.3390/geosciences10020055.
• [21] C. Keck and R. Muller, “Size analysis of submicron particles by laser diffractometry - 90% of the published measurements are false”, International Journal of Pharmaceutics, vol. 355, pp. 150-163, 2008, doi: 10.1016/j.ijpharm.2007.12.004.
• [22] D. Płoskonka, “Differences in results of grain-size analysis made by various methods”, Landform Analysis, vol. 12, pp. 79-85, 2010.
• [23] H. Traubner, B. Roth, and R. Tippkotter, “Determination of soil texture: Comparison of sedimentation method and laser-diffraction analysis”, Journal of Plant Nutrition and Soil Science, vol. 172, pp. 161-171, 2009.
• [24] A. Smagin, N. Sadovnikova, V. Vasenev, and M. Smgina, “Biodegradation of some organic materials in soils and soil constructions: experiments, modeling and prevention”, Materials, vol. 11, no. 10, art. no. 1889, 2018, doi: 10.3390/ma11101889.
• [25] G. Straż and A. Borowiec, “Estimating the unit weight of local organic soils from laboratory tests using Artificial Neural Networks”, Applied Sciences, vol. 10, no. 7, art. no. 2261, 2020, doi: 10.3390/app10072261.
• [26] G. Straż and A. Borowiec, “Evaluation of the unit weight of organic soils from a CPTM using an Artificial Neural Networks”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 3, pp. 259-281, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.138055.
• [27] PN-EN ISO 17892-1:2015 Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 1: Determination of water content. Poland, 2015.
• [28] PN-EN ISO 17892-2:2015 Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 2: Determination of bulk density. Poland, 2015.
• [29] M. Marut and G. Straz, “Verification of standard guidelines for organic matter content determination in organic soils by the loss on ignition method”, Geological Survey, vol. 64, pp. 918-924, 2016.
• [30] G. Straż, “The analysis of the impact temperature when it comes to the rate of ignition loss of selected kind of peat”, Scientific Review Engineering and Environmental Sciences, vol. 25, no. 3, pp. 264-276, 2016.
• [31] ISO 13320:2020-01 Particle size analysis - Laser diffraction methods. Switzerland, 2020.
• [32] Sympatec GmbH, “HELOS: HELOS/BR + HELOS/L + VIBRI/L”. [Online]. Available: https://www.sympatec.com/en/particle-measurement/sensors/laser-diffraction/helos/. [Accessed: 09 June 2022].
• [33] Atest Ltd., “Particle Size and Shape Analysis in Pharmaceutical R&D and Quality Control”, PM Tour 2019/2020, Krakow, 2020. [Online]. Available: https://www.atest.pl/. [Accessed: 09 June 2022].
• [34] G. Straż, “The effect of methodology on determining the liquid limits values of selected organic soils”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 1, pp. 459-477, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.140180.