В почвоведении всегда была потребность быстро и точно оценить состояние почвы в отношении условий проникновения в неё корней растений, сельскохозяйственных орудий и прочего. Поэтому было предложено понятие “сопротивление пенетрации почвы, грунта, Рpen” – сопротивление почвы внедрению в неё металлического зонда цилиндрической или конусообразной формы небольшого диаметра (обычно от 1 до 5 мм). Оно является аналогом предельного напряжения сдвига, используемого в коллоидной химии. Традиционно до сих пор в почвоведении в отношении сопротивления пенетрации используют и термин “твердость почвы”. Таким образом сопротивление пенетрации и твердость – термины-аналоги, на использование термина “сопротивление пенетрации” более физически строго, не так как твердость.
Сопротивление пенетрации почвы – сопротивление почвы внедрению в неё зонда цилиндрической или конусообразной формы небольшого диаметра (Ppen, кПа или другие единицы давления). Определяется с помощью специальных приборов – пенетрометров, которые необходимо тарировать, находя в специальных экспериментах постоянную прибора – величину напряжения сжатия или растяжения не единицу шкалы прибора (в Па/см, или (кг/см2)/см, т.е. [давление/длина]).
Сопротивление пенетрации – характеризует способность почвы противодействовать проникновению в неё не только агротехнических орудий, но и корней растений. Повышенное сопротивление пенетрации указывает на переуплотнение почвы. Критическое значение Ppen для суглинкой составляет около 3 МПа.
Твердость – сопротивление почвы сдавливанию, расклиниванию, раскалыванию. В отличие от прочности и пластичности она не является физической “постоянной”, а определяет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода её измерения. Наиболее часто для измерения твердости пользуются методом вдавливания, проникновения (пенетрации) стержня в почву. Отсюда приборы для измерения твердость почв часто называют пенетрометрами. Другое название – твердомеры. При этом величина твердости обратно пропорциональна глубине проникновения стержня.
Твердость почвы зависит от структуры почвы и прежде всего, таких её составляющих как гранулометрический и агрегатный состав.
В сильной степени твердость почвы зависит от влажности. Высокая твердость почвы часто заметно снижает всхожесть семян и оказывает механическое сопротивление развивающейся корневой системе, а изменяя водный. Воздушный и тепловой режимы почв, отрицательно влияет на развитие самих растений.
Твердость является также важной технологической характеристикой почвы. При вспашке плуг осуществляет подрезание пласта почвы в вертикальном направлении ножом и в горизонтальном направлениях, используя для этого в твердомерах в качестве датчиков заостренные наконечники – плунжеры в виде конуса, клина или цилиндра с малой площадью сечения. Выражают сопротивление в килопаскалях. Чем почвы тверже, тем больше её сопротивление расклиниванию.
Кроме того, твердость почвы оказывает больше влияние на тяговое сопротивление при движении машин и орудий. В этом случае твердость почвы проявляется как сопротивление сдавливанию или сжатию почвы, и чем больше твердость тем меньше тяговые усилия. Сопротивление сдавливанию определяют цилиндрическими плунжерами.
Для определения твердости почвы предложено несколько конструкций приборов: твердомер Качинского, Микропенетрометр МВ-2.
Твердомер Качинского.
Устроен он по револьверному принципу: плунжер погружается в почву силой разжимающейся пружины. При работе используется два плунжера: цилиндрической (на сдавливании), и конический (на расклинивании).
Описание прибора:
Плунжер навинчивается на подпираемый пружиной поршень, который свободно скользит внутри цилиндрического корпуса. На корпусе твердомера нанесена шкала с миллиметровыми делениями от 0 до 60. Длина 60 мм соответствует максимальному ходу плунжера. Перед работой плунжер необходимо утопить в корпусе прибора, что достигается нажатием плунжера на твёрдую поверхность. В утопленном положении плунжер удерживается защёлкой. Нажатием на кнопку защёлку выводят из сцепления и пружины, создающие при максимальной деформации усилия на плужер в 0,6; 2; 3; 4; 6; 8; 12; 16 и 18.
 |
Прибор отградуирован для каждой из прилагаемых пружин, и в его комплект входят тарировочная таблица с ценой миллиметрового деления на шкале корпуса для каждой прилагаемой пружины. Отсчёт делений по шкале упрощается с помощью подвижного кольца-указателя, которым исследователь фиксирует на шкале прибора расстояние, пройденное плунжером в почве.
Микропенетрометр МВ-2.
Этот прибор всесоюзного НИИ гидрогеологии и инженерной геологии предназначен для полевого и лабораторного измерения сопротивления пенетрации расклиниванию песчаных и глинистых пород и почв. Максимальный ход плунжера 26мм. Прибор собран в корпусе из дюралюминевой трубки, на одном конце которой закреплён опорный диск с отверстием для плунжера, на другом – пластмассовая ручка. На поверхности трубки нанесена миллиметровая шкала, на её длину в корпусе сделана прорезь. Через эту прорезь выступает конец шпильки, которой плунжер жёстко соединён с находящимся внутри трубки подвижным штоком. На шток надета пружина регулирующая усилие, затрачиваемое на преодоление сопротивления почвы расклиниванию при погружении в неё плунжера. В верхней части штока пружина подпирается специальной гайкой, вращением которой можно регулировать усилие пружины.
Отсчёт глубины погружения плунжера проводят по миллиметровой шкале с помощью цилиндрического ползунка из плексигласа с круговой риской. В начальном положении риска совпадает с нулевым делением шкалы. При погружении плунжера в почву шпилька своим концом смещает ползунок на соответствующее расстояние.
