NN31545,0208
iR CULTUURTECHNIEK EN WATERHUISHOUDING sfota n r . 208 d . d . 9 juli 1963
De beoorde ling van de b e t e k e n i s en w a a r d e van methoden t e r
bepaling van de b o d e m s t r u c t u u r ij.r v-r i r . W . C . V i s s e r B I B U O T Ï I E : Droevendaals^ïcej,. ^a Postbus 24 j 6700 AE Wagenmgen Het v a s t s t e l l e n van de b e t e k e n i s van een methode t e r bepaling van de b o d e m s t r u c t u u r v e r g t dat aan d r i e v o o r w a a r d e n voldaan w o r d t :
1) E r moet e e n methode gegeven zijn, die e e n zo g e r i n g mogelijke invloed v a r de b e p a l i n g s o m s t a n d i g h e d e n op het w a a r n e m i n g s r e s u l t a a t l a a t zien. 2) E r moet worden aangegeven welk doel m e n m e t de bepaling n a s t r e e f t . 3) E r moet een mogelijkheid zijn om een foutenberekening uit te v o e r e n m e t
een zinvolle opsplitsing in de fouten van b e m o n s t e r i n g , van analyse en v a n doelmatigheid van de bepalingsmethode a l s zodanig.
1) De r e p r o d u c e e r b a a r h e i d van de bepaling
De bepalingen van de s t r u c t u u r vallen uiteen in bepalingen van s t r o m i n g s mogelijkheden, van onderlinge m e c h a n i s c h e samenhang en van s a m e n d r u k -b a a r h e i d . De m e t h o d e n , w a a r m e d e men deze eigenschappen -b e p a a l t , zullen v e e l a l a l s e s s e n t i e e l v a r i a b e l e e i g e n s c h a p het vochtgehalte b e v a t t e n . De b e p a ling bij een enkel vochtgehalte z a l v e e l a l niet voldoende b e s c h r i j v i n g s i n t e n s i -teit hebben en bepalingen bij e e n opklimmende s e r i e van v o c h t g e h a l t e n zal v e e l a l nodig zijn.
Sommige bepalingen zijn z e e r afhankelijk van de gelijkmatigheid van de t e m p e r a t u u r , a n d e r e van de voorbehandeling, het vochtgehalte v a n de lucht in de a n a l y s e r u i m t e , e n z . Wanneer de analyse p l a a t s v i n d t onder o m s t a n d i g h e -den die tijdelijk gelijk zijn, m a a r over l a n g e r t i j d s i n t e r v a l v a r i ë r e n - b . v . bepalingen in de z o m e r t e g e n o v e r die in de winter - dan dient d o o r het s t r e n g n o r m a l i s e r e n van de omstandigheden of door m e e n e m e n van s t a n d a a r d m o n s t e r j de r e p r e d u c e e r b a a r h e i d ook voor deze s e m i - c o n s t a n t e n e v e n o m s t a n d i g h e d e n te worden v e r z e k e r d . Bij gelijktijdige of m e t k o r t t i j d s v e r s c h i l uitgevoerde d u p l o - a n a l y s e s toont de m i d d e l b a r e fout deze over l a n g e r e duur optredende v a r i a t i e in de uitkomsten niet en krijgt m e n een te gunstige indruk van de r e p r o d u c e e r b a a r h e i d .
CENTRALE LANDBOUWCATALOGUS
nrw-in n c i i on>ir>
2) Het doel van de bepaling
De s t r u c t u u r b e p a l i n g e n zijn v e e l a l conventioneel. Ten dele zullen de g e t a l -w a a r d e n , die de bepaling l e v e r t , afhangen van de s t r u c t u u r van het m o n s t e r , ten dele van de specifieke eigenschappen van de w e r k w i j z e . Men dient een inzicht te hebben in de verhouding t u s s e n dit gewenste indicatieve w a a r d e b e standdeel en het p a r a s i t a i r e b e s t a n d d e e l . Omdat e c h t e r geen objectieve s t r u c -t u u r b e s c h r i j v i n g b e s -t a a -t , moe-t m e n de m a -t e , w a a r i n de s -t r u c -t u u r de funda-m e n t e l e eigenschappen b e p a a l t , die van de s t r u c t u u r afhangen, a l s b e s t e
indicatie van het s t r u c t u u r a s p e c t beschouwen. Deze fundamentele e i g e n s c h a p pen a l s a d s o r p t i e c a p a c i t e i t , s t r o m i n g s w e e r s t a n d , afschuifweerstand en s a m e n -d r u k b a a r h e i -d v o r m e n -de gron-dslag voor m e e r p r a k t i s c h e s t r u c t u u r k e n m e r k e n a l s vochthoudendheid, v o c h t b e s c h i k b a a r h e i d , v r u c h t b a a r h e i d , b e r i j d b a a r h e i d , v e r s l e m p i n g , e n z .
De weg van het onderzoek die de g r o o t s t e b e t r o u w b a a r h e i d van het w e t e n -schappelijk advies v e r z e k e r t , b e s t a a t nu uit d r i e delen:
1. Een zo goed mogelijke fundamentele b e s c h r i j v i n g van a d s o r p t i e c a p a c i t e i t , s t r o m i n g s w e e r s t a n d , afschuifweerstand en s a m e n -d r u k b a a r h e i -d moet wor-den g e c o n c i p i e e r -d .
2. De conventionele s t r u c t u u r b e p a l i n g e n dienen te worden getoetst aan de fundamentele bepaling. De methoden moeten d a a r t o e w o r -den ingedeeld n a a r het fundamentele a s p e c t w a a r m e e ze het nauwst s a m e n h a n g e n .
3. De conventionele s t r u c t u u r b e p a l i n g dient te worden g e t o e t s t aan het complexe p r a k t i j k d o e l , dat m e n door de analyse wil l e r e n
o v e r z i e n .
De keuze van de conventionele methode zal nu af m o e t e n hangen van de i n -dicatieve w a a r d e , die deze methode heeft ten aanzien van de uitkomst van de fundamentele m e t h o d e , welke op zijn b e u r t m a g worden v e r o n d e r s t e l d het complexe praktijkdoel te b e h e e r s e n .
3) De n a u w k e u r i g h e i d s b e r e k e n i n g
Voor het t o e t s e n en s t a n d a a r d i s e r e n van bepalingsmethoden i s een r u i m e s t a t i s t i s c h e methodiek opgebouwd. Deze staat toe b e m o n s t e r i n g s f o u t e n , a n a lysefouten, methodefouten het l a a t s t e te begrijpen als de m a t e van g e b r e k -kige samenhang t u s s e n de foutloze uitkomst van de methode en het foutloos bepaalde kwantitatieve doel van het onderzoek - en de fout in de kwantitatieve waarde van het onderzoeksdoel van e l k a a r te scheiden.
3
-Belangrijk is het punt van de gebrekkige o v e r e e n k o m s t t u s s e n de foutloze w a a r d e n van de conventionele s t r u c t u u r b e p a l i n g en het p r a k t i s c h doel. Deze beoordeling i s m e t a s p e c t e n a n a l y s e n a d e r uit te v o e r e n . Een aantal reke.utt, nieken s t a a t t e r beschikking om de b e s l i s s i n g , welke w a a r d e m e n een conven-tionele methode m o e t toekennen voor het b e s c h r i j v e n van een of m e e r a spe. ten van de s t r u c t u u r , op een v a s t e objectieve b a s i s te s t e l l e n .
Deze r e k e n m e t h o d e n wijzen uit hoe m e n via onderzoek van de b e m o n s t e -r i n g s - en a n a l y s e t e c h n i e k m e t geb-ruik van s t a n d a a -r d m o n s t e -r s , d u p l o m o n s t e i en fundamentele v e r g e l i j k i n g s m e t h o d e n het s n e l s t e en b e t r o u w b a a r s t e inzicht v e r k r i j g t en hoe m e n d a a r t o e zijn onderzoek m o e t opzetten.
Het p r a k t i s c h e a s p e c t van methode vergelijking
In de wiskundige analyse van de b e t r o u w b a a r h e i d van conventionele s t r u c -t u u r b e p a l i n g e n kom-t nie-t a l l e e n de we-tenschappelijke w a a r d e -to-t ui-ting, m a a r t e v e n s geeft dit een g r o n d s l a g v o o r de b e o o r d e l i n g van de p r a k t i s c h e w a a r d e .
Bekend dient t e v e n s te zijn hoeveel m o e i t e en kosten een a n a l y s e v e r g t , zodat m e n weet welke inspanning m e n z i c h m o e t g e t r o o s t e n en welke i n d i c a -tieve w a a r d e m e n d a a r v o o r k r i j g t . De b e m o n s t e r i n g s - en analysefout zijn d a a r b i j door m e e r h e r h a l i n g e n te n e m e n - m a a r dus door m e e r w e r k aan h e t onderzoek t e b e s t e d e n - tot elk gewenst niveau te drukken. De methodefout wordt door h e r h a l i n g e n niet beiïivloed en h e t g e b r e k aan o v e r e e n k o m s t t u s s e n de foutloos u i t g e v o e r d e analyse en de foutloze w a a r d e van het doel van het s t r u c t u u r o n d e r z o e k v o r m t een niet te o v e r s c h r i j d e n g r e n s van o n n a u w k e u r i g -h e i d .
Een v e r g e l i j k i n g van de hoeveelheid werktijd en kosten van l a b o r a t o r i u m -a p p -a r -a t u u r m e t de b e t r o u w b -a -a r h e i d v-an de u i t s p r -a -a k , die de conventionele bepaling biedt, blijkt v e e l a l de volgorde in w a a r d e r i n g van de methoden s t e r k t e wijzigen indien m e n deze volgorde v e r g e l i j k t m e t d i e , welke uit e e n s u b j e c -tieve w a a r d e r i n g volgt. De veldmethoden en snelle a n a l y s e s k o m e n v e e l a l s t e r k n a a r v o r e n , t e m e e r omdat de v e r g e l i j k i n g m e t m e e r fundamentele m e -thoden e e n inzicht in de j u i s t e b e t e k e n i s van de veldmethode geeft.
Het t h e o r e t i s c h a s p e c t van de methodenvergelijking
Het v e r g e l i j k e n van s t r u c t u u r b e p a l i n g s m e t h o d e n m e t p h y s i s c h e b o d e m c o n stanten l e v e r t een o b j e c t i e v e r m a a t dan de vergelijking m e t complexe s t r u c -t u u r a s p e c -t e n ui-t de p r a k -t i j k . Di-t -t h e o r e -t i s c h a s p e c -t v e r g -t een w e r k h y p o -t h e s e o m t r e n t de a a r d van de s t r . : ^ r , zo m e n wil dus een gekwantificeerde defini-tie van het s t r u c t u u r b e g r i p
- 4
Een belangrijk a s p e c t i s de beschrijving van het s t e l s e l van aaneensluitend« p o r i ë n , dat de s t r o m i n g s e i g e n s c h a p p e n b e h e e r s t . Als b e s c h r i j v e n d e p a r a m e t e r s komen in a a n m e r k i n g de k a n s v e r d e l i n g van de p o r i e n d i a m e t e r , cle b o c h -tigheid van de s t r o m i n g s w e g door de p o r e u z e m a s s a , de v e r t a k k i n g van de s t r o m i n g s w e g en de m a x i m a l e p o r i e n d i a m e t e r die v o o r k o m t . Dit l a a t s t e punt i s van belang omdat de p o r i e n g r o o t t e v e r d e l i n g wordt afgeleid uit de s p a n n i n g s -v e r d e l i n g bij de d e s o r p t i e c u r -v e , welke bij k l e i n e r e p o r i e d i a m e t e r s dan de m a x i m a l e m e t de p o r i e g r o o t t e s a m e n h a n g t . M a a r bij k l e i n e r e spanningen, w a a r geen g r o t e r e p o r i ë n m e t o v e r e e n k o m s t i g e spanning m e e r t e g e n o v e r s t a a n , v e r l i e s t deze s a m e n h a n g t u s s e n spanning en p o r i e d i a m e t e r zijn b e t e k e n i s . Dit grenspunt - luchtindringingspunt - dient afzonderlijk bepaald te w o r d e n .
De onderlinge s a m e n h a n g van de deeltjes a l s belangrijke factor voor de s t r u c t u u r s t a b i l i t e i t wordt b e h e e r s t door de w r i j v i n g s k r a c h t e n onder invloed van de c a p i l l a i r e - en de z w a a r t e k r a c h t en de c o h a e s i e k r a c h t e n , die van a n d e r e oorzaken uitgaan a l s m e c h a n i s c h e , c h e m i s c h e of colloïdale.
De splitsing t u s s e n deze twee a s p e c t e n van s a m e n h a n g , in vele gevallen nog uit te b r e i d e n m e t een splitsing n a a r de invloed van de ionenbezetting v a n het complex, v e r e i s t n a a s t een bepaling van de totale samenhang die van de
vochtspanning en de ionenbezetting of d a a r m e d e samenhangende e i g e n s c h a p p e n .
De s a m e n d r u k b a a r h e i d van het m o n s t e r z a l afhankelijk zijn van de h o e v e e l heid w a t e r in de w a t e r m a n t e l s t u s s e n de b o d e m d e e l t j e s , die zich l a a t w e g d r u k -k e n . Als grootheden die d e z e eigenschap b e s c h r i j v e n zijn van belang de d r u -k van de z w a a r t e - en c a p i l l a i r e k r a c h t , de a d s o r p t i e c a p a c i t e i t voor w a t e r en h e t drukniveau, w a a r deze v e r d r i n g i n g begint te w e r k e n . Deze g r e n s d r u k zou de d r u k w e e r s p i e g e l e n , w a a r a a n het m o n s t e r in zijn g e s c h i e d e n i s i s b l o o t g e s t e l d geweest gedurende een zo lange tijd, dat het m o n s t e r zich d a a r i r r e v e r s i b e l op i n g e s t e l d heeft.
Constanten en p a r a m e t e r s , van belang voor de s t r u c t u u r b e s c h r i j v i n g
O v e r z i e t m e n de constanten en p a r a m e t e r s , die h i e r v o o r w e r d e n genoemd a l s van belang v o o r de bepaling van de s t r u c t u u r , dan krijgt men de volgende:
1. D e s o r p t i e c u r v e of p o r i e n g r o o t t e v e r d e l i n g s d i a g r a m 2. Maximale grootte "j
3. K r o m m i n g L van de d o o r s t r o o m d e p o r i e 4 . Vertakking J
5. Vochtgehalte of c a p i l l a i r e spanning
6. Wrijving s coefficient voor af schuif spanning ten opzichte van g r o n d d r u k en c a p i l l a i r e spanning
7. Ionenbelegging van complex
8. Cohaesiecoê-fficiê"nt voor cohaesiekracht ten opzichte van ionenbeleggin
9. Cohaesiekracht als gevolg van mechanische, chemische en colloidale oorzaken anders dan de vochtspanning en de ionenbelegging
10. Adsorptiecapaciteit
11. Samendrukbaarheidscoefficiéfnt ten opzichte van adsorptiecapaciteit 12. Ondergrens voor de druk die tot samendrukking leidt.
In deze fundamentele grootheden, die voor vermeerdering vatbaar zijn, vindt de structuur een eerste beschrijving. Alle structuurbepalingsmethodei zullen een aantal van deze 12 parameters met verschillend gewicht tot een getal combineren. Deze gewichtsgetallen bepalen waar de betekenis van de conventionele methode ligt. Ten dele zal met het opstellen van het bepa-lingsvoorschrift met vermoedens over deze samenhang rekening zijn ge-houden, ten dele heeft men zich met het begrip structuur\àei»'*voor ogen gesteld en getracht deze conceptie met een kwantitatief cijfer te concreti-seren.
Zo zou men een Atterbergse vloeigrens kunnen beschouwen als een bepa-ling van de afschuifkracht na vernietiging van de cohaesiekrachten onder 9. genoemd bij een door de methode conventioneel vastgelegde meestal onbe-kende capillaire spanning en de aan het monster eigene ionenbelegging, meestal eveneens niet gespecificeerd. De se huif spanning wordt verder uit-gedrukt in een conventionele energiemaat. De toetsing van de methode zal vooral gunstig worden beinvloed door een omrekening van het vochtgehalte in een vochtspanning en van de energiemaat in een schuif spanning of physisch gefundeerd plasticiteitsgetal.
Het zal van belang zijn aan de beschrijving van elke conventionele metho-de toe te voegen hoe men zich voorstelt, dat metho-de samenhang met metho-de fundamentele grootheden i s , en wat men voor het uitvoeren van een betrouwbare t o e t -sing zou kunnen doen om de conventioneel bepaalde analyse-omstandigheden in meer physische eenheden te karakteriseren. Het zal door de functionele verantwoording van de conventionele methode zijn, dat men het snelste tot de praktische toepassing zal kunnen komen van deze methoden, die hun waarde ontlenen aan hun eenvoud en snelheid en hun bezwaren aan de onzeker-heid omtrent hun betekenis en toepasbaaronzeker-heid.
5
-7. Ionenbelegging van complex
8. Cohae sie coefficient voor cohae s i e k r a c h t ten opzichte van ionenbelegginj 9. Cohae s i e k r a c h t a l s gevolg van m e c h a n i s c h e , c h e m i s c h e en colloidale
oorzaken a n d e r s dan de vochtspanning en de ionenbelegging 10. A d s o r p t i e c a p a c i t e i t
11. Samendrukbaarheidscoê"fficie"nt ten opzichte van a d s o r p t i e c a p a c i t e i t 12. O n d e r g r e n s voor de druk die tot samendrukking leidt.
In deze fundamentele grootheden, die voor v e r m e e r d e r i n g v a t b a a r zijn, vindt de s t r u c t u u r een e e r s t e b e s c h r i j v i n g . Alle s t r u c t u u r b e p a l i n g s m e t h o d e n zullen een aantal van d e z e 12 p a r a m e t e r s m e t v e r s c h i l l e n d gewicht tot e e n getal c o m b i n e r e n . Deze gewichtsgetallen bepalen w a a r de betekenis van de conventionele methode ligt. Ten dele z a l m e t het opstellen van het b e p a -l i n g s v o o r s c h r i f t m e t v e r m o e d e n s over deze samenhang rekening zijn^ge-houden, ten dele heeft m e n z i ch m e t het b e g r i p s t r u c t u u r «••»-"voor ogen gesteld en g e t r a c h t deze conceptie m e t een kwantitatief cijfer te c o n c r e t i -s e r e n .
Zo zou m e n e e n A t t e r b e r g s e v l o e i g r e n s kunnen beschouwen als een b e p a -ling van de afschuifkracht na vernietiging van de c o h a e s i e k r a c h t e n onder 9. genoemd bij een door de methode conventioneel v a s t g e l e g d e m e e s t a l o n b e -kende c a p i l l a i r e spanning en de aan het m o n s t e r eigene ionenbelegging, m e e s t a l eveneens niet g e s p e c i f i c e e r d . De schuif spanning wordt v e r d e r u i t -gedrukt in een conventionele e n e r g i e m a a t . De t o e t s i n g van de methode z a l v o o r a l gunstig w o r d e n beitivloed door een o m r e k e n i n g van het vochtgehalte in een vochtspanning en v a n de e n e r g i e m a a t in een schuif spanning of p h y s i s c h gefundeerd p l a s t i c i t e i t s g e t a l .
Het zal van belang zijn aan de beschrijving van elke conventionele m e t h o -de toe te voegen hoe m e n z ic h v o o r s t e l t , dat -de samenhang m e t -de fundamentele grootheden i s , en wat m e n v o o r het uitvoeren van een b e t r o u w b a r e t o e t -sing zou kunnen doen om de conventioneel bepaalde a n a l y s e - o m s t a n d i g h e d e n in m e e r p h y s i s c h e eenheden te k a r a k t e r i s e r e n . Het z a l door de functionele verantwoording van de conventionele methode zijn, dat m e n het s n e l s t e tot de p r a k t i s c h e t o e p a s s i n g z a l kunnen komen van deze methoden, die hun w a a r d e ontlenen aan hun eenvoud en snelheid en hun b e z w a r e n aan de o n z e k e r -heid o m t r e n t hun b e t e k e n i s en t o e p a s b a a r h e i d .
