Rakeisuuden määrittäminen hydrometrikokeella

Abstract

Tämän työn tavoitteena oli laatia standardin SFS-EN ISO 17892-4:2016 mukainen hydrometrikokeen työohje Oulun yliopiston laboratorioon. Työssä esitellään kirjallisuuskatsauksena maa-aineksen rakeisuuden määrittämistä eri menetelmillä keskittyen erityisesti hienorakeiseen maa-ainekseen sekä hydrometrimenetelmään. Hydrometrikoe on aiemmin suoritettu Oulun yliopistossa Päällystealan neuvottelukunta PANK:n ohjeella. Työssä pyrittiin selvittämään eroja tämän ohjeen ja Suomen standardisoimisliitto SFS:n standardin välillä.

Raekooltaan yli 2 mm kokoisten maa-ainesten rakeisuus määritetään seulonnalla ja sitä pienempirakeisten tyypillisesti hydrometrikokeella. Hienorakeisen maa-aineksen raekoko voidaan määrittää myös pipettimenetelmällä ja sedigrafianalyysillä, jotka perustuvat hydrometrikokeen tavoin Stokesin lain mukaiseen sedimentaatioanalyysiin, sekä laserdiffraktiomenetelmällä, joka perustuu lasersäteen sironnan analysointiin.

Stokesin laki määrää nopeuden, jolla pallomaiset partikkelit laskeutuvat nestepatsaan läpi. Veteen lietetyn maa-aineksen sekoittamisen jälkeen rakeet laskeutuvat Stokesin lain mukaisesti, jolloin myös lietteen tiheys astian yläosassa pienenee. Lieteastiaan asetetulla hydrometrillä mitataan tietyin aikavälein lietteen tiheyttä, jolloin rakeiden laskeutumisnopeudet saadaan välillisesti selville. Laskeutumisnopeuksista saadaan edelleen selvitettyä lietteen rakeiden koot ja suhteelliset määrät.

The objective of this thesis was to product work instructions of hydrometer analysis to the laboratory of University of Oulu according to standard SFS-EN ISO 17892-4:2016. The work contains literature review on the determination of soil granularity with different methods focusing specially on fine grained soil and the hydrometer analysis. It also compares the differences of hydrometer analysis performed by instructions of Suomen standardisoimisliitto SFS and Päällystealan toimikunta PANK.

The granularity of soils with a grain size of more than 2 mm is determined by sieving, and for smaller grained it is typically determined by hydrometer analysis. The grain size of fine-grained soils can also be determined by the pipette method and X-ray sedimentation which are based on sedimentation and Stokes law, and by laser diffraction system which is based on the Mie’s scattering theory.

Stokes’ law determines the rate at which spherical particles settle through a column of liquid. After mixing the soil with water, the soil particles settle according to Stokes’ law, which also reduces the density of the liquid at the top of the container. A hydrometer placed in the container measures the density of the liquid at certain intervals. Percentages of specific grain sizes can then be calculated from the hydrometer readings.