Размер песка: Фракции песка — крупный, средний и мелкий песок по ГОСТу

Даже далекий от сферы строительства человек на вопрос о самом популярном строительном материале даст верный ответ. Речь идет о цементе. Именно благодаря ему стало возможным сооружение прочных и устойчивых домов, мостов, заводов, столбов и даже заборов. Цемент – это основа бетона и строительных растворов. Правда, их качество зависит не только от цемента, но и от других составляющих. Речь идет о песке, который способен как обеспечить ожидаемую прочность, так и свести на нет все усилия, связанные с выбором хорошего цемента. Попробуем разобраться, какой песок для цемента лучше выбрать, ну, а качественный цемент найти намного проще. Цемент оптом и в розницу в Москве реализует завод «ЦЕМ-Цемент». Компания предлагает смесь разных марок и с модифицирующими добавками. Завод обладает полным циклом производства, так что качество продукции контролируется на всех этапах. Оптовые покупатели получают приличные скидки и быструю доставку, так как в распоряжении производителя свой автопарк техники.

№1. Роль песка для бетона и кладочного раствора

Огромная часть всего производимого цемента идет именно на производство бетона. Кроме самого цемента, также используется щебень, вода и, конечно же, песок. Последний играет роль заполнителя. Он закрывает пустоты, которые образуются между щебнем, а при застывании бетона и его деформации он предотвращает образование трещин и позволяет равномерно распределить внутреннее напряжение. В итоге качество бетона повышается и увеличивается срок эксплуатации возводимого объекта.

При приготовлении раствора для кладки кирпича песок берет на себя немного иные функции. Тут он необходим для заполнения пустот, которые могут образовываться из-за неровностей на поверхности кирпича. Также песок регулирует объем полученного раствора и позволяет значительно снизить усадку. Кроме того, он может придавать кладочному раствору необходимый оттенок, что важно, когда речь идет об облицовке.

Никакого другого заполнителя не нашли и не создали. Впрочем, проблем пока нет: песок очень распространен, стоит недорого и при этом химически инертен, достаточно прочен и представлен различными фракциями. Остается только понять, какой песок для цемента лучше выбрать, какой фракции отдать предпочтение, и разобраться, насколько важен тип происхождения песка.

№2. Размер частиц песка

Согласно ГОСТ 8736-93, песок делят на несколько фракций по размеру частиц (модуль крупности). Песок с частицами размером более 3,5 мм называют очень крупным, с частицами 3-3,5 мм – повышенной крупности и т.д. Распределение по фракциям видно из таблицы, но в реальности песок часто делят всего на три вида: мелкий, средний и крупный.

В зависимости от крупности частиц песок принято делить на два класса:

• I класс. В составе отсутствуют фракции с размером частиц до 1,5 мм, которые являются нежелательными при приготовлении растворов. С ростом их содержания связь между более крупными частицами ухудшается, падает качество раствора, а его стоимость – повышается;
• II класс содержит и самые мелкие частицы песка. Для приготовления бетона для фундамента такой песок не подходит, а вот для кладочного раствора может пригодиться. Когда речь идет о декоративной отделке, раствор замешивают с использованием достаточно мелких частиц.

Если необходимо приготовить бетон для дальнейшей заливки фундамента, лучше использовать песок с размером частиц 2-2,5 мм. Для приготовления высокомарочного бетона берут фракцию 2,5-3 мм. Если же необходим бетон низкой маркой (до М200), допускается использовать песок фракции 1-1,5 мм. Логика должна быть понятна: чем более прочный раствор необходим, тем более крупную фракцию используют. Песок повышенной крупности и очень крупный порой применяют в частном строительстве для создания песчаной подушки.

Когда выбирают песок для приготовления бетона для фундамента, допускается наличие в нем частиц размером 5-10 мм (гравий), но их часть не должна превышать 10%. Пылевидных и илистых фракций (размер частиц менее 0,05 мм) не должно быть больше 3%, иначе не удастся добиться проектной прочности бетона.

Некоторые специалисты советуют выбирать «разнокалиберный» песок, где кроме средней/крупной фракции, содержится немного более мелких частиц. Все дело в том, что песок с высоким модулем крупности отличается повышенным показателем пустотности. Чтобы заполнить пространство между песчинками, понадобится больше цемента, что отразится на итоговой стоимости. Поэтому в некоторых случаях (когда речь идет не об ответственных объектах) есть смысл использовать и немного мелкого песка, который отлично заполнит пустоты.

Важно, чтобы песок был чистым, не содержал глину (она станет причиной образования комков) и посторонние частицы, типа веток и прочего мусора. Тут многое зависит от происхождения песка.

№3. Место добычи песка

Песка на планете много. Объединяет все месторождения то, что добыча осуществляется открытым способом, но особенности природного формирования песка накладывают отпечаток на его свойства.

По типу происхождения песок принято делить на такие виды:

• карьерный песок залегает на небольшой глубине под грунтом. Для его добычи создают карьеры. Этот песок содержит значительное количество глины, грунта и пыли, что понятно из особенностей его залегания. В необработанном виде он может быть использован для подсыпки под стяжку или фундамент. Промытый песок (промывка осуществляется на месте добычи) подходит для приготовления бетона. Карьерный песок мельче речного, отлично подходит для приготовления растворов для штукатурки стен, а также кладочных растворов для кирпичей. Также промытый песок используется при изготовлении тротуарной плитки;
• речной песок из-за постоянного воздействия воды чист от примесей, а сами песчинки имеют очень гладкую поверхность. С его помощью намного проще получить качественный раствор, но и стоит он дороже. С другой стороны, поверхность песчинок абсолютно гладкая, их адгезия чуть ниже, чем карьерных песчинок, а чем слабее связь отдельных составляющих, тем менее прочный раствор выходит. Разница, на самом деле, не такая уж значительная, но в некоторых случаях имеет смысл перестраховаться. Речной песок отлично подходит для заливки бетонных фундаментов и создания армированных конструкций. Его используют для приготовления кладочных растворов, когда работают с крупными строительными блоками, а также при производстве тротуарной плитки;
• морской песок фактически повторяет свойства речного. Он достаточно чистый и однородный по фракционному составу, но может содержать частицы ракушек, требуя дополнительной очистки;
• т.н. искусственный песок, получаемый в результате дробления каменной породы. Он точно не будет содержать примесей, но в нем могут попадаться слишком мелкие частицы, поэтому без просеивания часто не обойтись.

Если вы не уверены в чистоте песка, а лабораторные исследования провести по какой-либо причине невозможно, сделайте несложный анализ. Достаточно взять прозрачную емкость, заполнить ее на 1/3 песком и долить до половины воды, все хорошо встряхнуть, добиваясь полного увлажнения песка, и оставить емкость в покое на 10-15 минут. Если вода окажется грязной, или на песке будет присутствовать слой стороннего вещества, то для создания бетона и строительного раствора песок не подходит.

№4. Основные характеристики песка

Качество бетона и строительных растворов строго регулируется соответствующими нормативными актами, в которых в т.ч. прописаны и требования к песку. Некоторые параметры можно проверить прямо на строительной площадке, другие – только в лаборатории, но когда возводится ответственный проект проверкой качества по всем характеристикам лучше не пренебрегать.

К важнейшим характеристикам песка относятся:

• объемный вес. Кубометр влажного песка весит около 1500-1800 кг, но чем меньше значение, тем лучше;
• влажность, как правило, составляет около 5%. Определить влажность песка очень важно, так как от этого будет зависеть количество добавляемой воды. Понятно, что в раствор, куда добавили песок влажностью 10%, необходимо будет подлить меньше воды, чем в раствор, для приготовления которого использовали песок влажностью 1%. Чтобы определить данный показатель, можно прокалить небольшое количество песка. Разница в весе влажного и полностью высушенного песка позволит легко рассчитать влажность. Можно просто сжать в ладони песок, и если после разжимания он не рассыпается, то влажность более 5%, но это не особо точный метод;
• минеральный состав определяется только в лаборатории. В состав песка может входить известняк, кварц, доломит, полевой шпат, гранит, слюда и прочие породы. Наиболее прочным и устойчивым будет песок с преобладанием кварца. О наличии окисленных металлов подскажет красноватый и оранжевый оттенок, а о присутствии солей алюминия – зеленый и синий оттенки;
• гранулометрический состав можно определить на глаз, но более точными будут лабораторные исследования, заключением которых станет полный отчет, сколько и какой фракции содержится в песке. На его основе можно принимать решение, где лучше использовать материал, или каким образом его лучше обработать (просев, промывка и т.д.), чтобы применить там, где планировалось;
• химический состав необходим для того, чтобы определить область использования песка. Важен при сооружении ответственных объектов;
• насыпная плотность должна быть около 1,5 т/м³, но может колебаться в пределах 1,3-1,9 т/м³. Слишком низкое значение говорит о наличии примесей, а высокое – о переувлажнении;
• коэффициент пористости показывает на способность самого песка и раствора, приготовленного на его основе, пропускать влагу.

 №5. Предпочтительный песок для бетона и кладки

Для приготовления бетона предпочтительным все же будет речной песок. Даже несмотря на то, что его песчинки гладкие и отличаются более низкой степенью адгезии, он намного чище карьерного. В последнем даже при промывке не получается полностью удалить всю глину. Допускается смешивание речного и карьерного песка. Размер песчинок 2-3 мм.

Для кладки можно взять более дешевый карьерный песок. Фракция зависит от того, насколько крупные блоки укладываются: для шлокаблока можно взять песок с более крупными частицами, а для облицовочного кирпича – наоборот, с мелкими.

Покупая песок, необходимо изучить всю сопроводительную документацию. Это позволит быть уверенным, что возводимый объект получится долговечным и прочным.

Статья написана для сайта remstroiblog.ru.

«Песок» для меня означает нечто иное, чем…

Степень, в которой размер зерна камня является однородным, также является действительно важным ключом к разгадке его осадочной истории. Как показывает практика, плохо отсортированный осадок (в котором размер зерен сильно различается) не был перемещен очень далеко от своего источника; это какое-то массовое движение, внезапный эпизод вроде оползня или наводнения, при котором кучу наносов сразу выхватили из источника, быстро перенесли в новое место, а затем сбросили.

Но есть много естественных процессов, которые могут сортировать отложения по размеру, и большинство из них контролируются местной скоростью потока воды. Представьте себе горный ручей; он движется быстро (и гравитация помогает ему перемещать большие булыжники), поэтому вы видите дно ручья, состоящее из больших камней и очень небольшого количества наносов. Ниже по течению, где уклон меньше и течение медленнее, дно ручья может быть песчаным или даже илистым. Когда большие реки выходят из берегов и впадают в широкие плоские поймы, вода внезапно замедляется.Он не может унести валуны или даже, как правило, много песка далеко от канала; вместо этого все, что было затоплено, покрыто грязью, размер зерна которой, если вы читаете диаграмму Вентворта, составляет менее 3,9 микрометра. То же самое происходит, когда горный ручей выходит из долины на аллювиальную равнину. Все крупные вещи сбрасываются прямо у горы, а более мелкие отложения уносятся дальше. Это классическая прогрессия в аллювиальных веерных отложениях, где они более крупнозернистые у стенки долины и постепенно более мелкие по мере продвижения вниз по расширяющемуся вееру.

Последнее замечание о размере зерна и Curiosity. Камера MAHLI — тепловизор с ручным объективом на конце руки — может достигать максимального пиксельного разрешения 14 микрометров на пиксель. когда его держат на максимально близком расстоянии 2,1 сантиметра от камня. Но он не может действительно увидеть зерно в камне, если его ширина составляет всего один пиксель; вам нужно три или четыре пикселя, чтобы отличить одно зерно от другого. Посмотрите на шкалу Вентворта, и вы заметите, что если MAHLI может видеть зерна в породе на самом близком расстоянии, они должны быть не менее 50 или 60 микрон в поперечнике.Граница между илом и песком составляет 63 микрона. Так что там, где MAHLI видит зерна, вы, вероятно, смотрите на песчаник; если MAHLI не видит отдельных зерен, это значит, что они имеют размер ила или меньше.

Итак, в следующий раз, когда вы услышите, как какой-нибудь геолог говорит о «песке» или «иле», теперь вы понимаете, что мы имеем в виду!

Песок — Википедия

Состав

Точное определение песка несколько различается. Научная унифицированная система классификации почв, используемая в инженерии и геологии, соответствует стандартным ситам США [2] и определяет песок как частицы диаметром от 0.074 и 4,75 миллиметра. Согласно другому определению, с точки зрения размера частиц, используемого геологами, частицы песка имеют диаметр от 0,0625 мм (или 1⁄16 мм) до 2 мм. Отдельная частица в этом диапазоне размеров называется песчинкой. Зерна песка находятся между гравием (с размером частиц от 2 мм до 64 мм в последней системе и от 4,75 мм до 75 мм в первой) и илом (частицы размером от 0,0625 мм до 0,004 мм). Спецификация размера песка и гравия оставалась неизменной более века, но диаметр частиц составлял всего 0.02 мм считались песком по стандарту Альберта Аттерберга, который использовался в начале 20 века. Технический стандарт 1953 года, опубликованный Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог и транспорта, устанавливает минимальный размер песка 0,074 мм. Согласно спецификации Министерства сельского хозяйства США 1938 года, диаметр 0,05 мм [3]. При трении между пальцами песок кажется песчанистым (ил, по сравнению с ним, ощущается как мука).

ISO 14688 классифицирует песок как мелкий, средний и крупный с диапазоном 0.От 063 мм до 0,2 мм до 0,63 мм до 2,0 мм. В Соединенных Штатах песок обычно делится на пять подкатегорий в зависимости от размера: очень мелкий песок (1⁄16 — 1⁄8 мм в диаметре), мелкий песок (1⁄8 мм — 1⁄4 мм), средний песок ( 1⁄4 мм — 1⁄2 мм), крупный песок (1⁄2 мм — 1 мм) и очень крупный песок (1 мм — 2 мм). Эти размеры основаны на шкале фи Крамбейна, где размер в Φ = -log2D; D — размер частиц в мм. На этой шкале для песка значение Φ изменяется от -1 до +4, с делениями между подкатегориями целыми числами.

Наиболее распространенным компонентом песка во внутренних континентальных районах и в нетропических прибрежных районах является кремнезем (диоксид кремния или SiO2), обычно в форме кварца, который из-за своей химической инертности и значительной твердости является наиболее распространенным. минерал устойчивый к атмосферным воздействиям.

Состав минерального песка сильно варьируется в зависимости от местных источников породы и условий. Ярко-белый песок, встречающийся в тропических и субтропических прибрежных районах, представляет собой эродированный известняк и может содержать фрагменты кораллов и раковин в дополнение к другому органическому или органически полученному фрагментарному материалу, что позволяет предположить, что образование песка зависит также от живых организмов.[4] Гипсовые песчаные дюны Национального памятника Белые пески в Нью-Мексико известны своим ярким белым цветом. Аркоз — это песок или песчаник со значительным содержанием полевого шпата, образовавшийся в результате выветривания и эрозии (обычно поблизости) обнажения гранитной породы. Некоторые пески содержат магнетит, хлорит, глауконит или гипс. Пески, богатые магнетитом, имеют цвет от темного до черного, как и пески, полученные из вулканических базальтов и обсидиана. Хлорит-глауконитовые пески, как правило, имеют зеленый цвет, как и пески базальтового происхождения (лава) с высоким содержанием оливина.Многие пески, особенно те, которые широко распространены в Южной Европе, содержат примеси железа в кристаллах кварца, что придает им темно-желтый цвет. Отложения песка в некоторых районах содержат гранаты и другие стойкие минералы, в том числе небольшие драгоценные камни.

Ресурсы и экология

Только некоторые виды песка подходят для строительной индустрии, например, для изготовления бетона. Из-за роста населения и городов и, как следствие, строительной активности, существует огромный спрос на эти особые виды песка, а естественные источники истощаются.В 2012 году французский режиссер Дени Делестрак снял документальный фильм «Песчаные войны» о влиянии отсутствия строительного песка. Он показывает экологические и экономические последствия как легальной, так и незаконной торговли строительным песком.

Для многих видов использования песка требуется серьезная дноуглубительная промышленность, что вызывает экологические проблемы в связи с истощением запасов рыбы, оползнями и наводнениями. Такие страны, как Китай, Индонезия, Малайзия и Камбоджа запрещают экспорт песка, называя эти проблемы одним из основных факторов.[11] По оценкам, ежегодное потребление песка и гравия составляет 40 миллиардов тонн, а производство песка в мире составляет 70 миллиардов долларов.

Опасности

Хотя песок, как правило, нетоксичен, при его использовании, например, пескоструйной очистке, необходимо соблюдать меры предосторожности. На мешках с кварцевым песком, используемым для пескоструйной обработки, теперь есть этикетки, предупреждающие пользователя о необходимости использования средств защиты органов дыхания, чтобы избежать вдыхания образующейся мелкодисперсной кремнеземной пыли. В паспортах безопасности кварцевого песка указано, что «чрезмерное вдыхание кристаллического кремнезема является серьезной проблемой для здоровья».

В областях с высоким давлением поровой воды песок и соленая вода могут образовывать зыбучие пески, которые представляют собой коллоидный гидрогель, который ведет себя как жидкость. Зыбучие пески создают значительный барьер для побега для пойманных внутри существ, которые в результате часто умирают от воздействия (а не от погружения).

Мозговые игры с песчинками

Песчинки неоднородны по размеру. Минимальный диаметр песчинки составляет всего 62,5 микрометра или 0,0625 миллиметра, в то время как верхний предел диаметра песчинок составляет 2 миллиметра.Общеизвестно, но почему такие цифры? Можно сказать, что вам просто нужно где-то провести границу, чтобы отличить песок от ила или гравия. Так являются ли эти числа совершенно произвольными? Да и нет. Точные цифры определенно произвольны. Они определяются по логарифмической шкале, которая также определяет границы между мелким, средним и крупным песком.

Серый кружок напоминает верхнюю границу размера песчинок (очень крупных), а самый маленький красный кружок напоминает самый маленький.Черный, синий, зеленый и желтый — это верхние границы крупных, средних, мелких и очень мелких песчинок соответственно. График в масштабе.

Однако эта классификационная схема выбрана так, чтобы иметь как можно больший смысл в геологии. Он отражает движение песчинок в воде. В речной воде песчинки не выносятся во взвешенном состоянии. Они имеют тенденцию двигаться скачками — проточная вода иногда поднимает песчинки, но не может унести их далеко. Песчинки снова оседают и ждут следующего прыжка.Такой режим движения называется сальтацией и особенно характерен для песчинок. Гравий просто катится по руслу реки, а ил обычно переносится во взвешенном состоянии.

Конечно, это зависит от скорости течения речной воды. Иногда (в быстро движущихся горных ручьях) гранулы тоже сальтируются. А иногда речная вода даже временно не способна поднять песчинки. Природа не классифицирует. В этом нет необходимости. Но мы, люди, отчаянно нуждаемся в классификационных схемах, чтобы классифицировать вещи и пытаться понять окружающий нас мир.Следовательно, ни одна схема классификации не является идеальной, и та, которая используется сейчас, ни в коем случае не является единственно возможной.

Пожалуй, довольно сложно представить, насколько разными могут быть два зерна, если одно из них имеет диаметр всего 62,5 микрометра, а другое — 2000 микрометров или 2 миллиметра толщиной. Первый едва виден, а второй размером с головку спички. Насколько один больше другого? Это должно быть просто, мы просто разделим 2000 на 62,5 и получим 32.Однако такой результат может быть математически правильным, но не имеет смысла. Истинной мерой размера зерна является его объем. В конце концов, способна ли речная вода переносить зерно, зависит от его массы и объема, а не от диаметра.

Если предположить, что наши зерна представляют собой идеальные сферы, то у большего из них будет в 32 768 раз больший объем. Это огромная разница, и очевидно, что она должна существенно влиять на поведение зерен.

Сколько весит одна песчинка? Допустим, мы имеем дело с зернами кварца.Кварц имеет плотность 2,65 грамма на кубический сантиметр. Зерно диаметром 2 миллиметра составляет немногим более четырех тысяч кубических сантиметров, а весит примерно 0,011 грамма. Я не даю массу меньшего зерна, это число было бы смехотворно маленьким, но вы можете легко вычислить его, разделив 0,011 на 32 768.

Теперь мы знаем, что даже самые крупные песчинки легкие. Как насчет количества зерен, которое мы можем уместить в емкость определенного объема, скажем, 1 кубический сантиметр? Чтобы рассчитать это, нам нужно знать, сколько зерен мы можем поместить в этот контейнер.Теоретические расчеты показывают, что если зерна размещены неравномерно, вы не можете добиться лучшей упаковки, чем примерно 63%. Это означает, что около 37% вашего контейнера будет заполнено воздухом, водой или чем-то еще. Он составляет объем порового пространства, который является очень важным показателем, если мы попытаемся подсчитать, например, сколько сырой нефти может содержать пласт песчаника. Простой расчет дает результат, что в 1 кубическом сантиметре может содержаться 151 песчинка диаметром 2 мм и 4 959 645 песчинок диаметром 62.5 микрометров.

Большинство сборщиков песка предпочитают иметь не менее 30 мл песка на пробу. Я — исключение, потому что меня устраивает гораздо меньшее. Вот некоторые расчеты, почему это так. Предположим, что средняя песчинка имеет диаметр 250 микрометров (это граница между мелкозернистым и среднезернистым песком). Если у вас есть 30 мл такого песка, то у вас 2324833 песчинки. Вам действительно нужно столько, если ваша цель — получить общее представление о составе образцов песка? Точно нет.Даже сотой доли этого достаточно. Это основа моего утверждения, что если у вас есть очень интересный образец песка, но вы можете отправить только один грамм, я все равно буду счастлив. Больше, чем мне нужно.

Можем ли мы попытаться оценить, сколько песчинок в мире? Ну, их никто никогда не считал, но я думаю, что мы можем сделать очень приблизительные оценки. Существует около 200 миллионов кубических километров континентальных отложений. Если предположить, что примерно четверть из них — песок, общий объем песка составляет около 50 миллионов кубических километров.Если предположить, что средняя песчинка имеет диаметр 250 микрометров, то в коре будет примерно 4 x 10 ²⁷ песчинок.

Это действительно огромное число. Я помню, как Карл Саган однажды сказал в своем телесериале «Космос», что, возможно, во Вселенной больше звезд, чем песчинок на всех пляжах. Это может быть правдой, но пляжи — не единственные места, где можно найти песок. Если мы посчитаем количество всех песчинок, покрывающих Корку, я думаю, что песчинки по-прежнему смеются последними.

Программа на Visual Basic для классификации отложений на основе соотношения гравий-песок-ил-глина

Номенклатура, описывающая гранулометрический состав, важна для геологов, потому что размер зерна является самым основным атрибутом отложений.Традиционно геологи разделили отложения на четыре фракции по размеру, которые включают гравий, песок, ил и глину, и классифицировали эти отложения на основе соотношений различных пропорций фракций. Определения этих фракций уже давно стандартизированы по шкале оценок, описанной Вентвортом (1922), и для описания приблизительной взаимосвязи между фракциями по размеру были приняты две основные схемы классификации.

В частности, по шкале Вентворта частицы гравия имеют номинальный диаметр ≥2.0 мм; частицы размером с песок имеют номинальный диаметр от <2,0 мм до ≥62,5 мкм; иловые частицы имеют номинальный диаметр от <62,5 до ≥4,0 мкм; и глина <4,0 мкм. Что касается классификации отложений, большинство седиментологов используют одну из систем, описанных Шепардом (1954) или Фолком (1954, 1974). Первоначальная схема, разработанная Шепардом (1954), использовала единую тройную диаграмму с песком, илом и глиной в углах, чтобы графически показать относительные пропорции между этими тремя градациями в образце.Эта схема, однако, не учитывает отложения со значительным количеством гравия. Поэтому схема классификации Шепарда (рис. 1) была впоследствии изменена путем добавления второй тройной диаграммы для учета фракции гравия (Schlee, 1973). Система, разработанная Фолком (1954, 1974), также основана на двух треугольных диаграммах (рис. 2), но имеет 23 основные категории и использует термин «грязь» (определяется как ил плюс глина). Узоры в треугольниках обеих систем различаются, как и акцент на гравии.Например, в системе, описанной Шепардом, гравийные отложения содержат более 10% гравия; в системе Фолка в слегка гравийных отложениях содержится всего 0,01% гравия. В схеме классификации Фолка особое внимание уделяется гравию, потому что его концентрация является функцией максимальной скорости течения во время осаждения вместе с максимальным размером зерна детрита, который доступен; Схема классификации Шепарда подчеркивает соотношение песка, ила и глины, поскольку они отражают сортировку и переработку (Poppe et al., 2000).

Обработка почвы, песка и донных отложений

Почва, песок и осадки

Ученые, занимающиеся почвами и отложениями, давно осознали важность гранулометрического состава для своей области. Практически каждый аспект потока воды в почве, содержания углерода и азота, кислотности, аэрации и доступности питательных веществ зависит от размера частиц.

Были разработаны различные подходы для классификации образцов по форматам, полезным для категоризации образцов и прогнозирования поведения.Некоторые почвоведы классифицируют частицы почвы на песок, ил и глину, и относительные количества используются для определения текстуры образца. Размеры почвенных сепараторов в соответствии с системой классификации Министерства сельского хозяйства США (USDA) следующие:

Рисунок 1. Система классификации почв USDA

Анализ и классификация образца могут использоваться для создания Текстурный треугольник, как показано ниже:

Рисунок 2.Треугольник текстуры почвы, показывающий 12 основных классов текстуры и шкалы размеров частиц, определенные Министерством сельского хозяйства США.

Фракции почвы придают почве определенные характеристики. Глина улучшает способность удерживать питательные вещества, увеличивает влагоудержание и стабильность почвы, но иногда ее трудно обрабатывать. Почвы с высоким содержанием песка обычно имеют хороший дренаж, аэрацию и относительно легко обрабатываются. Почвы с высоким содержанием ила будут промежуточными.

Другой подход к классификации образцов почвы и отложений использует шкалу Phi — см. Ниже:

Рисунок 3.Шкала Phi — это шкала размера частиц осадка, определяемая как логарифмическое преобразование геометрической шкалы размера зерна Уддена-Вентворта.

Информация о размере частиц отложений также может использоваться в сочетании с данными о скорости течения, чтобы предсказать, будет ли образец осаждаться в русле реки с большей вероятностью или перенесен вниз по течению. Диаграмма Хьюлстрёма, показанная ниже, используется для такого рода прогнозов.

Рис. 4. Диаграмма Хьюльстрёма

Исторически измерения почвы утомительно выполнялись с помощью просеивания и роторного пробивания (не используется для фракций размера глины), гравиметрического анализа или методов пипетирования.Эти варианты отнимают много времени и не подходят для массового анализа почвы. По этим причинам научно-исследовательские институты используют лазерную дифракцию, автоматический анализатор размера частиц, основанный на калибровке с USDA, для измерения ряда применений в почве и наносах. Анализатор размера частиц LA-960V2 уникален для анализа проб почвы и отложений, так как его динамический диапазон составляет 0,01–5 000 микрон — самый широкий из доступных систем.

Рис. 5. Преобразование графика в шкале phi LA-960V2 на основе анализа размеров частиц лазерной дифракции

Frontiers | Ошибка в оценке параметров крупности песка при использовании сит малого диаметра и решение

Введение

Питание на пляже — один из наиболее распространенных методов защиты берегов на побережье во всем мире.Однако исследования по разработке этих проектов питания продолжаются для повышения эффективности работы, которая основана на эмпирических уравнениях и правилах (Pendleton et al., 2012; Román-Sierra et al., 2013; Karambas and Samaras, 2014; Armstrong. et al., 2016; Choi et al., 2016; Pranzini et al., 2018).

Рабочий процесс по уходу за пляжем требует поиска подходящего песка для замены естественного песка, размытого с пляжа (Pranzini et al., 2018; Saponieri et al., 2018), и оценки количества песка, необходимого для питания пляжа (U.С. Инженерный корпус армии, 2002 г.). Анализ гранулометрического состава песка дает представление о происхождении, среде осаждения и истории переноса песка (Bernabeu Tello et al., 2002; Singh et al., 2007; Fenster et al., 2016; Remo et al., 2016; Grottoli et al., 2017; Hallin et al., 2019). Кроме того, анализ размера песка является важной методологией, используемой для классификации материалов и осадочной среды (Steidtmann, 1982; Roman-Sierra et al., 2011), и его также можно использовать для прогнозирования долговечности песка на пляже и как он реагирует на штормы (Bascom, 1951; Larson, Kraus, 1991; Grottoli et al., 2017; де Вильяр и др., 2019). Анализы, проводимые для изучения прибрежных процессов, включают измерения основных параметров размера песка, в основном, среднего размера зерна (D ₅₀ ) и сортировки, т. Е. Разброс размеров вокруг среднего значения (σ) (Blott и Пай, 2001).

Менеджер по питанию пляжа должен провести контроль качества отвала песка и решить, где его следует разместить. Методики получения параметров размера песка должны быть выполнены быстро на борту земснаряда до того, как песок будет закачан на пляж.Определение параметров размера песка должно быть точным для целей питания пляжа (ошибка менее 10%) (Muñoz-Pérez et al., 2012). Эти параметры могут быть выражены в метрических или фи (логарифмических) единицах. Их определение обычно рассчитывается с использованием формул Фолка и Уорда, основанных на предыдущих исследованиях Крамбейна (Крамбейн и Петтиджон, 1938; Фолк и Уорд, 1957; Фолк, 1974; Фридман и Джонсон, 1982). Следовательно, меры точности могут быть определены путем анализа нескольких частей образца, нескольких анализов одного и того же образца или анализа нескольких образцов, собранных в одном месте.Среди методов, используемых для анализа размера частиц песка, исследователи изучили и сравнили лазерную дифракцию (Blott and Pye, 2006), лазерную гранулометрию и седиграф (Celia Magno et al., 2018), камзайзер (Luisa Martinez et al., 2017). , microtrac (Austin and Shah, 1983), размер лазерных зерен с пипеткой и ситом (Konert and Vandenberghe, 1997), анализ изображений (Eberhard et al., 2012; Orrú et al., 2013) и просеивание (Shillabeer et al. , 1992; Pope and Ward, 1998; Eberhard et al., 2012).

Метод просеивания является наиболее распространенным анализом, используемым для определения основных параметров размера песка на борту земснаряда при выполнении обработки пляжа.Анализ размера песка внутри земснаряда имеет некоторые ограничения, такие как ограниченное рабочее пространство, характеристики необходимого материала, нестабильное энергоснабжение и ограниченное время, доступное для транспортировки песка между карьером и местом отвала. Таким образом, метод просеивания, выполняемый на борту земснаряда, следует выбирать с учетом простоты его использования и его экономической эффективности. Кроме того, сложность посадки и высадки песка с помощью кошачьих трапов в открытом море, наряду с обычным отсутствием стабильного энергоснабжения, затрудняет использование механического встряхивателя на борту судна.Таким образом, процедура встряхивания вручную обычно выполняется вместо анализа размеров песчинок внутри земснаряда. Вышеупомянутые проблемы вместе с нехваткой места также являются причиной того, что в таких ситуациях чаще всего используются маленькие сита (10 см вместо 20 см в диаметре).

Кроме того, важно получить высокоточные значения D ₅₀ и результаты сортировки для целей питания на пляже. Совместимость по размеру зерен вынутых («заимствованных») отложений и естественных пляжных отложений обычно выражается как коэффициент перелива (R _A ) (James, 1975).Этот коэффициент переполнения описывает теоретический объем засыпного песка, который будет составлять остаточный объем наносов на пляже после потерь. Таким образом, R _A пытается учесть естественную убыль некоторой части наносов карьера, которая мельче естественных отложений пляжа. Поэтому важно оценить возможные ошибки при определении параметров песка (естественного и заемного) до и во время процесса питания пляжа, поскольку это может повлечь за собой выемку большего объема засыпного песка, чем необходимо.Действительно, Poullet et al. (2016) изучили частный случай с использованием метода Джеймса (Инженерный корпус армии США, 2002 г.), чтобы получить R _A , чтобы продемонстрировать важность ошибок, допущенных при выполнении определений параметров песка при расчете объемов поступления песка. Что касается проектных проектов питания пляжа, Grosskopf и Kraus (1993) предложили среднюю ошибку менее 11,5 м. ³ / м объема пляжа для оценки объема песка; в противном случае точность, сравнимая с 10–20% непредвиденных обстоятельств, связана с дизайном проекта (Muñoz-Pérez et al., 2012). Таким образом, некоторые авторы (Grosskopf, Kraus, 1993; Muñoz-Pérez et al., 2012; Poullet et al., 2016) указывают, что для целей питания пляжа можно допустить ошибки до 10%.

Точность имеет решающее значение при определении параметров песка. Согласно Syvitski (1991), например, время просеивания может влиять на результаты анализа размера песка. Эффективность просеивания в зависимости от времени просеивания оценивалась с помощью нескольких исследований. Одна из гипотез заключалась в том, что более мелкие материалы требуют более длительного времени рассева; действительно, чем мельче материал, тем через большее количество сит должен пройти песок и тем дольше зерна должны пройти через отверстия меньшего размера (Mizutani, 1963).Так, Syvitski (1991) и Lund-Hansen и Oehmig (1992) предложили среднее время просеивания 20 минут, тогда как Инженерный корпус армии США (USACE) (US Army Corps of Engineers, 2002) выбрал 15 минут, а Román- Sierra et al. (2013) установили 10 минут в качестве минимального времени, необходимого для получения точных результатов для среднезернистых пляжей и дюнных песков. Однако в этих исследованиях в качестве метода просеивания использовалось механическое просеивание, а исследования эффективности просеивания сит небольшого диаметра, встряхиваемых вручную, хотя и необходимо, еще не проводились.Poullet et al. (2019b) сравнили ручное и механическое просеивание с ситами диаметром 20 см по сравнению с ручным просеиванием с ситами диаметром 10 см (оба с 10-минутным временем встряхивания). Они пришли к выводу, что сита малого диаметра должны быть отклонены как бортовой метод питания для пляжей. Тем не менее, различия между механическим и ручным встряхиванием с помощью сит небольшого диаметра еще не были проверены, и ни то, ни другое не влияет на время встряхивания с небольшими ситами. Эти исследования были задуманы для того, чтобы найти решение вместо отказа от этого метода.

Таким образом, цель данного исследования состоит в том, чтобы различать различия между результатами, полученными для параметров размера песка, просеянного вручную (встряхивание вручную) и песка, просеянного механически (встряхивание с помощью машины). В обоих сценариях использовались сита диаметром 10 см. Кроме того, были исследованы относительные погрешности для разного времени рассева. В данной статье показана ошибка, возникающая из-за ручного просеивания, и определяется, является ли эта ошибка приемлемой для работ по уходу за пляжем.

Материалы и методы

Проанализированные образцы песка взяты с песчаной отмели Мека, где песок добывался для питания пляжа.Песчаная отмель Мека расположена на глубине от 15 до 20 м в Кадисском заливе недалеко от Гибралтарского пролива (рис. 1A) и содержит примерно 25 миллионов м. ³ песка, который можно использовать для питания пляжей (Muñoz-Perez et al. др., 2009). Пляжи на побережье возле песчаной отмели состоят из мелкозернистого песка, похожего на заимствованные отложения, со средним значением D ₅₀ 0,25 мм и составом из 90% кварца и 10% карбоната кальция (Muñoz-Pérez et al., 2000). ).

Рисунок 1. (A) Отмель Мека в Кадисском заливе недалеко от Гибралтарского пролива (Испания, Европа). (B) Бункер землесосного снаряда, в котором отбирались пробы.

Двадцать проб были взяты в разные дни из бункера самосвального земснаряда (рис. 1B) во время кормления на пляже в Кадисе (пляжи Коста Баллена и Пунта Кандор). Отбор проб проводился после завершения дноуглубительных работ и заполнения бункера песком.Перед удалением пробы песка с поверхности бункера оператор снял первые 5 см глубиной с 20-сантиметрового случайного участка песка ² с поверхности, соблюдая соответствующие меры безопасности. Первые 5 см от поверхности обычно имеют высокий процент раковин и не являются репрезентативными для всей личинки (Poullet et al., 2019a).

Пока земснаряд двигался к району откачки, анализ размера песка проводился в соответствии со стандартной процедурой, описанной Syvitski (1991), с небольшими изменениями Román-Sierra et al.(2013). После того, как анализ был завершен на борту встряхиванием голыми руками, каждый образец сохранялся в герметичном пакете, чтобы впоследствии провести анализ тех же образцов во внутренней лаборатории с помощью метода механического просеивания. Поэтому каждый образец дважды просеивали с помощью сита небольшого диаметра (10 см). Поскольку это исследование проводилось во время кормления на пляже в Испании, для просеивания использовалось восемь определенных размеров ячеек: 21 мм, 710, 500, 355, 250, 125 и 62,5 мкм, потому что это обычно требует Испанская прибрежная администрация.Ниже приводится краткое описание методологии анализа проб песка.

Сначала 20 образцов массой 100 г каждый сушили в муфеле в течение 12 часов в лаборатории, а процесс сушки на борту выполняли в микроволновой печи в течение 5 минут при максимальной мощности. Этот удельный вес был выбран для облегчения прохождения образцов через сетки, поскольку добавление большего объема отложений могло привести к их накоплению. После этого каждый образец взвешивали с помощью весов с тройным пучком, точность которых может измеряться в пределах одной десятой грамма, для моделирования условий на борту.Для следующего этапа после взвешивания образца образец песка помещали в верхнее сито (размер ячеек 2 мм) ситовой колонны диаметром 10 см. Затем сухой образец просеивали в течение 10 минут двумя разными методами: ручным и механическим встряхиванием. Накопленный в каждом сите песок взвешивали для получения требуемых значений D ₅₀ и сортировки. Эти шаги были выполнены для двух методологий. Параметры были рассчитаны с использованием соответствующих уравнений, которые можно найти в Folk and Ward (Folk and Ward, 1957; таблица 1).Blott и Pye (2001) подготовили подробное руководство по этому исследованию. Уравнения основаны на шкале единиц фи и могут быть преобразованы из единиц фи (φ) в миллиметры с помощью уравнения 1.

Таблица 1. Формулы, используемые для расчета основных гранулометрических параметров в соответствии с графическими измерениями Фолка и Уорда (Folk and Ward, 1957), где M _φ — расчетный средний размер зерна, а σ _φ — расчетный стандарт. отклонение образца в единицах фи.

D⁢ (m⁢m) = 2-φ, (1)

Процедуру просеивания выполняли дважды для каждого образца, чтобы найти возможные отклонения в результатах. Однако результаты были точно такими же. Кроме того, 3 образца с наибольшими различиями для обоих методов были проанализированы и проверены в третий раз.

Кроме того, коэффициент переполнения (R _A ) использовался для расчета увеличения объема подпитки, необходимого для компенсации потерь мелких частиц из заемного песка.Таким образом, коэффициент переполнения R _A был определен путем применения уравнения. 2 и 3 на графике Джеймса (рис. 2; Инженерный корпус армии США, 1984). Эти соотношения были получены с использованием значений параметров Среднее и Сортировки ручных и механических процедур просеивания как для залежи (M _{φ b} и σ _{φ b} ) и природного песка (M _{φ n} и σ _{φ n} ).Это выявило ошибку, возникшую в результате использования метода ручного просеивания, и то, что это означает для необходимого уменьшения объема.

Рис. 2. График Джеймса , где R _A можно найти с помощью параметров Среднее и Сортировка для займа (M _{φ b} и σ _{φ b} ) и природного песка (M _{φ n} и σ _{φ n} ) (Инженерный корпус армии США, 1984).

Mφb-Mφnσφn (2)

σφbσφn (3)

Предыдущее исследование (Muñoz-Pérez et al., 2012) уже установили, что механическое просеивание является предпочтительным методом для получения реалистичных результатов и гарантии однородности. Таким образом, относительная погрешность (ε), взяв за основу механический метод, была рассчитана для D ₅₀ и параметров сортировки по формуле. 4 и 5.

εD50 = (D50⁢m⁢a⁢n⁢u⁢a⁢l-D50⁢m⁢e⁢c⁢h⁢a⁢n⁢i⁢c⁢a⁢lD50⁢m⁢e⁢c⁢h⁢a⁢n ⁢I⁢c⁢a⁢l) 100 (4)

εs⁢o⁢r⁢t⁢i⁢n⁢g = (s⁢o⁢r⁢t⁢i⁢n⁢g⁢m⁢a⁢n⁢u⁢a⁢ls⁢o⁢r⁢t⁢i⁢n ⁢G⁢m⁢e⁢c⁢h⁢a⁢n⁢i⁢c⁢a⁢ls⁢o⁢r⁢t⁢i⁢n⁢g⁢m⁢e⁢c⁢h⁢a⁢n⁢i⁢c A⁢l) ⋅100 (5)

Результаты и обсуждение

Значения D ₅₀ (мм) и сортировки (φ), полученные путем механического и ручного просеивания 20 проб песка, показаны рядом со значениями самородного песка в таблице 2.Таким образом, можно также наблюдать разницу между обеими методологиями для каждого параметра и погрешность (ε), возникающую из-за использования механического метода в качестве эталона. Кроме того, в таблице также показано процентное содержание раковин в образцах. Другие гранулометрические параметры, такие как D ₉₅ , D ₈₄ , D ₁₆ и D ₅ , и их различия также показаны в Таблице 3, чтобы помочь определить, какие ячейки сита имеют скопление песка, что может быть Возможная причина ошибки при ручном встряхивании.

Таблица 2. Гранулометрические параметры 20 образцов песка, включая D ₅₀ (мм) и сортировку (φ), а также разницу (мм) и погрешность (%) между методами механического и ручного просеивания с ситами диаметром 10 см.

Таблица 3. Гранулометрические параметры 20 образцов песка, включая D ₉₅ , D ₈₄ , D ₁₆ и D ₅ (мм), а также разницу (мм) и погрешность (%) между методиками для механический и ручной методы просеивания с ситами диаметром 10 см.

Различия и ошибки в образцах 16, 17, 19 и 20 были выше, чем в других образцах, поэтому тесты для этих образцов были повторены, но результаты не изменились.

D

На рисунке 3 показано, что значения D ₅₀ всегда были выше, когда просеивание выполнялось вручную, то есть механическое просеивание дает меньшие значения D ₅₀ . Максимальная разница составила 0,084 мм (образец 17), что соответствует максимальной ошибке 36.5%, тогда как средняя ошибка составила 14%. Механическое просеивание дает более тонкие результаты благодаря более постоянному и мощному встряхиванию, чем встряхивание вручную. При ручном просеивании песок накапливался на некоторых ситах с большим размером ячеек. Возможным объяснением этого является применение меньшей амплитуды, силы и стабильности в характеристиках встряхивания, которые необходимы для прохождения песка через соответствующие размеры ячеек. Более того, можно видеть (пример на фиг. 4 образца 17), что песок накапливался в ячейке размером 355 мкм во время ручного просеивания.Тем не менее, для того же образца часть этого песка прошла через нижележащие сита (250 и 125 мкм) при механическом просеивании.

Рисунок 3. Графические результаты гранулометрических параметров 20 образцов песка, D ₅₀ (мм) и сортировки (φ) для механического и ручного методов просеивания с ситами диаметром 10 см. Также показано процентное содержание снарядов.

Рис. 4. Сравнение гранулометрических кривых пробы песка 17 (размер частиц в мм и единицах фи) как для механического, так и для ручного просеивания.

Время просеивания

Román-Sierra et al. (2013) установили, что механического просеивания в течение 10 минут достаточно для получения тех же результатов, что и при продолжительности рассева 20 минут. Однако их просеивающий анализ проводился с использованием сит диаметром 20 см, тогда как в этом исследовании сита были меньше (диаметр 10 см). По этой причине образцы с наибольшей разницей анализировали как ручным, так и механическим встряхиванием в течение 15, 20, 25 и 30 минут (Рисунок 5), чтобы определить, как долго образец песка следует встряхивать вручную с использованием сит небольшого диаметра. , чтобы получить (если возможно) результаты, аналогичные результатам, полученным с помощью метода механического просеивания.

Рис. 5. Результаты D ₅₀ из образцов 16, 17, 19 и 20, просеянных в течение 10, 15, 20, 25 и 30 минут, соответственно, с механическими и ручными процедурами, и их соответствующие ошибки (% ).

На рисунке 5 показано, как значения D ₅₀ уменьшаются с увеличением времени рассева, но стабилизируются после 20 минут встряхивания. Поэтому для получения хороших результатов образцы песка следует встряхивать вручную в течение 20 минут в ситах малого диаметра, так как относительные погрешности через 20 минут во всех случаях составляли менее 5%.Более длительное время рассева существенно не улучшило результаты. Эти результаты демонстрируют, что 10 минут просеивания было недостаточно для получения надежных результатов при ручном встряхивании образцов с ситами диаметром 10 см. Тем не менее, проблем не возникало, если гарантировалось время ручного просеивания 20 минут. Таким образом, вот возможное решение отказа от маленьких сит в соответствии с заявлением Poullet et al. (2019b).

Кроме того, при анализе различий между ситами была выбрана гранулометрическая кривая образца 17 (Рисунок 4), потому что это был репрезентативный образец, который показал четкий пример того, как механическая процедура дает более мелкий песок с более переменными размерами.Действительно, было замечено, что большие различия были обнаружены вокруг песчинок размером 0,25 мм.

Таблицы 2, 3 показывают средние значения D ₅₀ и D ₁₆ в диапазоне от 0,184 до 0,329 мм со средней ошибкой 14% для обоих. Эти значения соответствуют размерам ячеек сита 355 и 250 мкм, где могут быть самые высокие ошибки. Средние значения для D ₅ составляют 0,143 и 0,151 мм с погрешностью 5,4%. Наконец, средние значения D ₈₄ и D ₉₅ находятся в диапазоне от 0.446 до 0,726 мм, а их погрешности составляют 1,3 и 5,4% соответственно. Эти результаты показывают, что размер ячеек сита более 355 и менее 250 мкм не является проблемой. К сожалению, средний D ₅₀ также был около 0,25 мм для песка в зоне исследования настоящего исследования.

Образцы песка необходимо встряхивать вручную в течение 20 минут в ситах малого диаметра для получения точных результатов, в отличие от 10 минут, необходимых при механическом просеивании (Blott and Pye, 2006) для получения оптимального результата.

Сортировка

Результаты для параметра сортировки (как для механического, так и для ручного встряхивания) показали лишь небольшую разницу (почти однородную) между обоими методами (см. Рисунок 3).Хотя различия казались незначительными, результаты сортировки, полученные вручную, всегда были меньше, чем результаты, полученные механическим способом. Если сортировка была меньше, это означало, что образец не был хорошо отсортирован, потому что происходило накопление зерен определенного размера вместо более однородного распределения песка вокруг среднего.

Процент гильз

Количество раковин в каждом образце определяли визуально с помощью микроскопа. Три верхних сита содержали наибольшее количество частиц раковины, поскольку биокласты имеют больший размер, чем песчаные отложения.Процент раковин, похоже, не коррелировал ни с сортировкой, ни с D ₅₀ (Рисунок 3). Это могло быть связано с тем, что процентные значения были недостаточно высокими, чтобы повлиять на остальные параметры. Дальнейшие исследования должны решить этот вопрос, например, путем изучения различных значений процентного содержания скорлупы и их возможного влияния на параметры крупности песка.

Коэффициент переполнения (R

В соответствии с процедурой, установленной Poullet et al.(2016) и применяя уравнение. 2 и 3 по методу Джеймса (Инженерный корпус армии США, 1984) коэффициент переполнения (R _A ) был получен для образцов 16, 17, 19 и 20 (таблица 4). Это были образцы с наибольшими значениями ошибки D ₅₀ при сравнении механического и ручного методов просеивания. Эти ошибки доходили до 36,5% в D ₅₀ .

R _A , рассчитанный для механически и вручную полученных результатов среднего и сортировки, достиг разницы до 5% по объему для образцов 17, 19 и 20 и 48% для образца 16. R _A для механического просеивания считается наиболее точным и, следовательно, эталонным значением (как указано ранее для результатов D ₅₀ ). Если посмотреть на образец 16, то при использовании механического метода показатель R _A , равный 1,50, указывает на необходимость увеличения на 50% объема сбрасываемого песка для заполнения пляжа.С другой стороны, R _A , полученный с помощью ручного просеивания для той же пробы 16, составляет всего 1,02, что подразумевает всего лишь увеличение объема песка на 2%, необходимого для питания: на 48% меньше объема, чем при первом и более точном расчете. . Другими словами, ручные результаты показали, что заимствованный песок стабилен и потерь не будет (R _A ≈ 1). Однако на самом деле более точные механические результаты показали необходимость увеличения объема заемного песка от 5 до 50%.Если выбрать ручное просеивание в течение 10 минут, пляж будет заполнен меньшим количеством песка, чем действительно необходимо.

Хотя результаты, представленные в этой статье, относятся к этому типу песка, применяемая методология может быть обобщена на любой другой пляж во всем мире. Вариация оценки D ₅₀ может быть связана с функцией времени встряхивания. Результаты настоящего исследования показывают довольно значительные вариации ошибок; таким образом, получить прямую передаточную функцию не удалось.Таким образом, примером будущих направлений исследований является разработка функции переноса или коррекции для улучшения результатов, получаемых вручную, и, таким образом, уменьшения количества ошибок. Это исследование проводилось с учетом некоторых возможных фактов, которые могут повлиять на результаты, например, метода сушки песка. Таким образом, будущие работы позволят оценить, как процесс сушки влияет на результаты D ₅₀ . На данный момент это исследование предоставляет альтернативу для получения лучших результатов с ситами малого диаметра и ручным методом встряхивания, который заключается в увеличении времени просеивания как минимум на 20 минут.

Заключение

Прибрежная динамика и процессы прибрежной геоморфологии изучаются с помощью нескольких анализов, которые включают (среди прочего) измерение основных параметров размера песка: средний размер зерна (D ₅₀ ) и сортировку. Более того, точность результатов этих параметров размера песка является ключом к успешному питанию на пляже. Тем не менее, поскольку анализы должны выполняться на борту земснаряда, а также из-за нехватки места среди других трудностей, метод просеивания для получения результатов обычно включает ручное встряхивание небольших сит (диаметром 10 см).По этой причине на борту земснаряда во время дноуглубительных работ для питания пляжа в заливе Кадис (юго-запад Испании) было взято 20 проб, которые были просеяны двумя разными методами: механическим встряхиванием и встряхиванием вручную.

Это исследование было проведено, чтобы помочь определить, какая ошибка будет допущена при выборе ручного просеивания вместо механического просеивания и допущена ли эта ошибка для работ по уходу за пляжами. Результаты показали более низкие значения D ₅₀ для механического встряхивателя по сравнению со значениями, полученными вручную.Средняя ошибка D ₅₀ , обнаруженная для этого конкретного случая, составила 14%, максимум — 36,5%. Различия D ₅₀ варьировались от 0 до 0,08 мм, в среднем 0,038 мм. Репрезентативные гранулометрические кривые показывают, что большие различия были обнаружены в ситах с ячейками 355 и 250 мкм. В данном случае это проблема, потому что песчаный песок также имел D ₅₀ 0,25 мм. Более того, даже несмотря на то, что параметр сортировки, казалось, не демонстрировал заметных различий между методами, результаты механической сортировки всегда были выше, что подразумевает более однородное распределение песка вокруг среднего значения, а не скопление определенных размеров, как при ручном просеивании.

Следовательно, несмотря на то, что результаты механического просеивания являются эталонными из-за их более высокой точности, достигаемой всего за 10 минут просеивания, ручное встряхивание останется процессом просеивания на борту земснаряда, и, таким образом, рекомендация выполнять просеивание — это встряхивание вручную в течение не менее 20 мин.

Кроме того, коэффициент переполнения (R _A ) был рассчитан как для ручного, так и для механического методов просеивания; R _A достиг разницы в объеме до 5% для образцов 17, 19 и 20 и 48% для образца 16.Соответственно, если метод ручного просеивания выполнялся для целей питания пляжа, когда необходимый объем заимствованного песка был получен и сброшен на пляж, могла произойти неожиданная потеря песка.

Наконец, приведенные здесь выводы относятся к этому типу песка. Однако эту методологию можно применить на пляжах по всему миру для определения различий между результатами механического и ручного просеивания. Следующие направления исследований могут состоять в разработке передаточной или корректирующей функции с учетом времени встряхивания и D ₅₀ для улучшения ручных результатов за счет уменьшения ошибок.Кроме того, было обнаружено, что процесс сушки песка в микроволновой печи может быть фактором, который изменяет оценки D ₅₀ ; поэтому его следует изучить в будущих работах.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

Авторские взносы

PL-G, JM-P и AC внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования.JS и JR организовали базу данных. PL-G, JV и BJ выполнили статистический анализ. PL-G и JM-P написали первый черновик рукописи. AC и FC написали разделы рукописи. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все утверждения, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно отражают претензии их дочерних организаций или издателей, редакторов и рецензентов.Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

Список литературы

Армстронг, С. Б., Лазарус, Э. Д., Лимбер, П. В., Гольдштейн, Э. Б., Торп, К., и Баллинджер, Р. С. (2016). Признаки положительной обратной связи между прибрежной застройкой и питанием на пляже. Земля будущего 4, 626–635. DOI: 10.1002 / 2016EF000425

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Остин, Л.Г. и Шах И. (1983). «Метод взаимного преобразования микротрактов и распределений сит по размерам». Порошок Технол. 35, 271–278. DOI: 10.1016 / 0032-5910 (83) 87018-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bascom, W. N. (1951). Взаимосвязь между размером песка и уклоном поверхности пляжа. Пер. Являюсь. Geophys. Союз 32: 866. DOI: 10.1029 / TR032i006p00866

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бернабеу Тельо, А.М., Сантамария, Р.М., и Паскуаль, К. В. (2002). «Модель профиля равновесия для приливных сред. Sci. Mar. 66, 325–335. DOI: 10.3989 / scimar.2002.66n4325

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блотт, С. Дж., И Пай, К. (2001). «Gradistat: гранулометрический пакет и статистический пакет для анализа рыхлых отложений. Earth Surf. Процесс. Формы рельефа 26, 1237–1248. DOI: 10.1002 / esp.261

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блотт, С.Дж. И Пай К. (2006). Анализ распределения частиц размера песка по размерам методом лазерной дифракции: экспериментальное исследование чувствительности прибора и влияния формы частиц. Седиментология 53, 671–685. DOI: 10.1111 / j.1365-3091.2006.00786.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Селия Магно, М., Венти, Ф., Бергамин, Л., Гаглианоне, Г., Пьерфранчески, Г., и Романо, Э. (2018). Сравнение лазерного гранулометра и седиграфа при гранулометрическом анализе морских отложений. Измерение 128, 231–236. DOI: 10.1016 / j.measurement.2018.06.055

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чой, Дж., Пак, Дж., Чой, Дж., И Ли, Дж. (2016). «Влияние питания пляжа и расхода оросительной воды на пляж Бюнсан, западное побережье, Корея. Ирригационный дренаж 65, 239–245. DOI: 10.1002 / ird.2048

CrossRef Полный текст | Google Scholar

де Вильяр, А. К., Гомес-Пина, Г., Муньос-Перес, Х. Дж., Контрерас, Ф., Лопес-Гарсия, П., Руис-Ортис, В. (2019). «Новые конструктивные параметры бипараболических пляжных профилей (Юго-Западный Кадис, Испания). Rev. Construccion 18, 432–444. DOI: 10.7764 / RDLC.18.3.432

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эберхард, Л., Шиндлер, Х. Дж., Хеллманн, Д., Шмиттер, М., Раммельсберг, П., и Яннакопулос, Н. Н. (2012). «Сравнение гранулометрического состава, определенного оптическим сканированием и просеиванием, при оценке жевательной способности. J. Oral Rehabil. 39, 338–348. DOI: 10.1111 / j.1365-2842.2011.02275.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фенстер М.С., Долан Р. и Смит Дж. Дж. (2016). Гранулометрический состав и морфодинамика берегов вдоль барьерных островов южного Мэриленда и Вирджинии. Седиментология 63, 809–823. DOI: 10.1111 / sed.12239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фолк, Р. Л. (1974). Петрология осадочных пород. Остин, Техас: издательство Hemphill Publishing Company.

Google Scholar

Фолк, Р. Л., и Уорд, В. К. (1957). «Бар реки Бразос: исследование значимости параметров размера зерна». J. Sediment. Res. 27, 3–26.

Google Scholar

Фридман Г. М. и Джонсон К. Г. (1982). Упражнения по седиментологии. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley.

Google Scholar

Grosskopf, W. G., and Kraus, N. C. (1993). Руководство по исследованию проектов питания пляжей., CETN II-31. Vicksburg, MS: Инженерная водная экспериментальная станция армии США.

Google Scholar

Гроттоли Э., Бертони Д. и Чавола П. (2017). Краткосрочная и среднесрочная реакция на штормы на трех средиземноморских крупнозернистых пляжах. Геоморфология 295, 738–748. DOI: 10.1016 / j.geomorph.2017.08.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Халлин, К., Хейсман, Б. Дж. А., Ларсон, М., Уолстра, Д. Дж. Р., и Хэнсон, Х. (2019). Влияние наносов на эволюцию дюн в десятилетнем масштабе — Анализ и моделирование дюн Кеннемер в Нидерландах. Геоморфология 337, 94–110. DOI: 10.1016 / j.geomorph.2019.04.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джеймс, У. Р. (1975). Методы оценки пригодности заемного материала для питания пляжей, Технический меморандум № 60. Вашингтон, округ Колумбия: Центр прибрежных инженерных исследований (США).

Google Scholar

Карамбас Т. В., Самарас А. Г. (2014). Мягкие методы защиты берега: использование передовых численных моделей для оценки питания пляжей. Ocean Eng. 92, 129–136. DOI: 10.1016 / j.oceaneng.2014.09.043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Конерт, М., и Ванденберге, Дж. (1997). Сравнение лазерного гранулометрического анализа с пипеточным и ситовым анализом: решение для недооценки глинистой фракции. Седиментология 44, 523–535. DOI: 10.1046 / j.1365-3091.1997.d01-38.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ларсон, М., и Краус, Н. К. (1991). Математическое моделирование судьбы пляжной насыпи. Побережье. Англ. 16, 83–114. DOI: 10.1016 / 0378-3839 (91)

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луиза Мартинес, М., Сильва, Р., Литгоу, Д., Мендоса, Э., Флорес, П., Мартинес, Р. и др. (2017). Влияние человека на устойчивость прибрежных районов вдоль побережья веракруса, мексика. J. Coast. Res. 77, 143–153. DOI: 10.2112 / SI77-015.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lund-Hansen, L.C. и Oehmig, R. (1992). Сравнение ситового анализа и анализа баланса отложений пляжей, озер и эоловых отложений с использованием логарифмических гиперболических параметров. Мар. Геол. 107, 139–142, IN17 – IN18, 143–147. DOI: 10.1016 / 0025-3227 (92)-P

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мизутани, С. (1963). Теоретическое и экспериментальное рассмотрение точности анализа просеивания. J. Earth Sci. 11, 1–27.

Google Scholar

Муньос-Перес, Дж. Дж., Гомес-Пина, Г., и Энрикес, Дж. (2009). Комментарии к «Приближению краткосрочной эволюции и путей переноса наносов вдоль побережья залива Кадис (юго-запад Испании)» Анфусо и др.(Environ Geol 56: 69-79). Environ. Науки о Земле. 59, 477–479. DOI: 10.1007 / s12665-009-0031-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Муньос-Перес, Дж. Дж., Мас, Дж. М., Наранхо, Дж. М., Торрес, Э. и Фагес, Л. (2000). Положение и мониторинг рифов, препятствующих тралению, на мысе Трафальгар (залив Кадис, юго-запад Испании). Бык. Mar. Sci. 67, 761–772.

Google Scholar

Муньос-Перес, Дж. Дж., Пайо, А., Роман-Сьерра, Дж., Наварро, М., и Морено, Л.(2012). Оптимизация расстояния между профилями пляжа: применимый инструмент для прибрежного мониторинга. Sci. Mar. 76, 791–798. DOI: 10.3989 / SCIMAR.03417.15A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Орру, К., Чаварриас, В., Уийттеваал, В. С. Дж., И Блом, А. (2013). «Анализ изображений для измерения стратиграфии в лабораторных экспериментах с песком и гравием», Обсуждения динамики поверхности Земли. Copernicus GmbH 1, 973–1018. DOI: 10.5194 / esurfd-1-973-2013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пендлтон, Л., Мон, К., Вон, Р. К., Кинг, П., и Зулас, Дж. Г. (2012). Размер имеет значение: экономическая ценность пляжной эрозии и питания в южной Калифорнии. Contem. Экон. Политика 30, 223–237. DOI: 10.1111 / j.1465-7287.2011.00257.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поуп, Л., и Уорд, К. (1998). Руководство по методам пробного просеивания, по естествознанию и математике. West Conshohocken, PA: ASTM.

Google Scholar

Пулле, П., Муньос-Перес, Дж.Дж., Поортвлит, Г., Мера, Дж., Контрерас, А., и Лопес, П. (2019b). «Влияние различных методов просеивания на оценку параметров крупности песка. Вода 11: 876. DOI: 10.3390 / w11050879

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поулле, П., Муньос-Перес, Дж. Дж., Лопес, П., Гарсия-Лопес, С., Мартелл, Р., Силва, Р. и др. (2019a). «Изменчивость размера песка внутри бункера прицепного земснаряда для использования на пляжах». Geo Mar. Lett. 39, 513–520.DOI: 10.1007 / s00367-019-00615-w

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поулле, П., Муньос-Перес, Дж. Дж., Мера, Дж., И Морено, Л. (2016). «Изменчивость размера песка в бункере самосвального земснаряда в связи с проектами по обустройству пляжей», Труды 3-й Международной конференции по проектированию и управлению прибрежными зонами на Ближнем Востоке (Arabian Coast 2016) , Дубай.

Google Scholar

Пранзини, Э., Анфузо, Г., и Муньос-Перес, Дж. Дж. (2018). Вероятностный подход к заимствованию отбора наносов в проектах по уходу за пляжами. Побережье. Англ. 139, 32–35. DOI: 10.1016 / j.coastaleng.2018.05.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ремо, Дж. У. Ф., Хайне, Р. А., Икес, Б. С. (2016). Гранулометрический состав донных отложений главного русла в верхнем течении реки Миссисипи, США. Геоморфология 264, 118–131. DOI: 10.1016 / j.geomorph.2016.04.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роман-Сьерра, J., Муньос-Перес, Дж. Дж., И Наварро-Понс, М. (2013). Влияние времени просеивания на эффективность и точность гранулометрического анализа песчаных пляжей и дюн. Седиментология 60, 1484–1497. DOI: 10.1111 / sed.12040

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роман-Сьерра, Дж., Наварро, М., Муньос-Перес, Дж. Дж., И Гомес-Пина, Г. (2011). «Мутность и другие эффекты, возникающие в результате выемки грунтовых отмелей и питания пальмовых пляжей. J. Побережье порта Уотервей. Ocean Eng. 137, 332–343.

Google Scholar

Сапоньери А., Валентини Н., Ди Рисио М., Паскуали Д. и Дамиани Л. (2018). Лабораторные исследования эволюции питания песчаных пляжей, защищенных смешанной системой мягкого и жесткого. Уотер (Швейцария) 10: 1171. DOI: 10.3390 / w10091171

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шиллабир Н., Харт Б. и Риддл А. М. (1992). «Использование математической модели для сравнения данных о размере частиц, полученных с помощью сухого просеивания и лазерного анализа. Estuar. Побережье. Shelf Sci. 35, 105–111. DOI: 10.1016 / S0272-7714 (05) 80059-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сингх М., Сингх И. Б. и Мюллер Г. (2007). Характеристики наносов и динамика переноса реки Ганга. Геоморфология 86, 144–175. DOI: 10.1016 / j.geomorph.2006.08.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Steidtmann, J. R. (1982). Сортировка по размеру сфер размером с песок во время осаждения из-за переноса грунта и последствия, касающиеся гидравлической эквивалентности. Седиментология 29, 877–883. DOI: 10.1111 / j.1365-3091.1982.tb00090.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сивицкий, Дж. П. М. (1991). Принципы, методы и применение анализа размера частиц , изд. Дж. П. М. Сивицкий (Кембридж: издательство Кембриджского университета), DOI: 10.1017 / CBO9780511626142

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Инженерный корпус армии США (1984). Руководство по защите берегов. Vicksburg, MS: Центр прибрежных инженерных исследований.

Google Scholar

Инженерный корпус армии США (2002 г.). Руководство по прибрежному проектированию — Часть III ». Вашингтон, округ Колумбия: Инженерный корпус армии США.

Google Scholar

Гранулометрические характеристики дюнных песков в центральной части Таклимаканского песчаного моря

Реферат

По сравнению с размером зерна другого песка моря, центральная часть песчаного моря Таклимакана — это одни из лучших песков в мире.Дюны состоят из мелкого и очень мелкого песка диаметром от 2,00 до 4,00 φ (0,25–0,063 мм). Существуют различия в гранулометрическом составе дюн разных типов. Средний размер зерен песчаника песчаника типа «серповидная» дюна составляет 3,08 φ; составные купольные дюны 3,21 φ; сложные / сложные песчаные дюны между 2,63 и 3,41 φ; и звездные дюны 2,81 φ. От северного края песчаного моря к южному краю компоненты мелкого и очень мелкого песка увеличиваются, что тесно связано с ветровыми режимами, временными масштабами развития дюн и нижележащими отложениями.По сравнению с вышеизложенным, есть некоторые отличия для составных / сложных линейных дюн в центре Таклимакана. Хотя структура более крупных гребней действительно существует, параметры сортировки показывают, что пески на западном фланге сложных / сложных линейных дюн лучше отсортированы, чем пески на восточном фланге и гребне. Отбор проб на наложенных дюнах, образовавшихся на поверхности сложных линейных дюн, позволяет предположить, что в центральном Таклимакане существовали узоры из более мелких гребней и более грубых гребней.