DE1673080B2 - Vorrichtung zum bestimmen des relativen porenvolumens von mit wasser gesaettigtem sandboden - Google Patents

Description

,nach der Außenfläche zwischen den Elektroden öff- durch eine axiale Bohrung 10 in Verbindung stehen, nen und mit dem Inneren der Zelle in Verbindung Die Durchlässe sind so ausgebildet, daß das pinstehen, durch Meßelektroden in der Zelle und durch treten von Sandkörnern in das Innere der Zelle vereine mit dem Inneren der Zelle in Verbindung ste- hindert wird. Die öffnungen können deshalb durch hende Rohrleitung, die mit einer Druckquelle und 5 ein dünnes Messinggeflecht od. dgL abgedeckt sein, nötigenfalls einer Saugquelle verbunden werden kann. An dem anderen Ende ist die Meiszelle mit einem

Insbesondere sind die Elektroden an der Außen- Verlängerungsrohr 12 versehen, das mit einem flefläche der Sonde zwei Stromelektroden und zwei xiblen Rohr 13 verbunden ist Dieses flexible Rohr dazwischenliegende Spannungsmeßelektroden. Die kann mit einer Quelle von Druckluft oder einem öffnungen der Verbindungsdurchlässe sind Vorzugs- io anderen Gas über ein (nicht dargestelltes) Ventil verweise in der Weise gebildet, daß Sandkörner nicht in bunden sein. In dem Hohlraum 11 sind zwei ringdiese Durchlässe eintreten können. förmige Elektroden 14 und 15 vorgesehen, die mit

Vorzugsweise werden diese Elektroden gegenein- einem Anzeige- oder Aufzeicrmungsinstrurnent mit-

ander und gegen die Metallrohre mittels einer harten, tels elektrischer Leitungen, die durch die Bohrung

verschleißfesten Schicht, die kein Wasser absorbiert, 15 der Rohranordnung laufen, verbunden sein können,

isoliert, wobei der Außendurchmesser gleich dem Es ist möglich, den Widerstand der Probe nur mit-

Äußendurchmesser der Teile der Sonde ist, die nicht tels zweier Elektroden zu messen. Da jedoch der

von der Schicht bedeckt sind. Widerstand des Bodens durch zwei Strom- und zwei

Das untere Ende der Sonde kann mit einer kege- Meßelektroden gemessen wird und da es erwünscht

ligen Spitze versehen sein, deren Ende von dem 20 ist, dasselbe Meßinstrument für beide Messungen zu

übrigen Teil der Sonde elektrisch isoliert ist, um verwenden, sind zwei Meßelektroden 16 in dem Hohl-

Spannungsdifferenzen zwischen dem von der Spitze raum 11 vorgesehen, die in derselben Weise wie die

verdrängten Boden und einer Bezugselektrode mes- Elektroden 5 und 6 verwendet werden. Mittels eines

sen zu können. einfachen Kommutators können die Meß- und An-

Es ist vorteilhaft, diese Sonde mit einer kegeligen 25 zeigeinstrumente mit jeder äußeren oder inneren Spitze und einer in der Nähe angeordneten, gleit- Elektrode verbunden werden,
baren Buchse zu versehen und die Spitze und die Die Zelle 7 ist als einheitlicher Teil dargestellt, Buchse mittels Kraftmeßelementen mit der Sonde zu besteht jedoch in der Praxis aus mehreren Teilen, verbinden, um eine gleichzeitige Messung des Kegel- Der den Innenraum 11 umgebende Teil besteht im Widerstandes und des Reibungswiderstandes zu er- 30 allgemeinen aus einem Isoliermaterial. Das Kuppmöglichen, lungselement 8 ist mit einer oder mehreren Längs-

Die Erfindung wird nun näher erläutert an Hand bohrungen 17 versehen, durch welche die elektri-

der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in sehen Leitungen, die zu den unteren Teilen der Sonde

der Zeichnung dargestellt ist. Es stellt dar führen, gelegt werden können. In der Praxis kann

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht des unteren 35 auch das Kupplungselement aus verschiedenen Teilen

Teils einer Sonde nach der Erfindung, bestehen.

Fig. 2 einen axialen Querschnitt einiger Teile der Die ringförmigen Elektroden 3, 4, 5 und 6 sind

Sonde in größerem Maßstab und von dem metallischen Rohrabschnitt 1 mittels isolie-

F i g. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem render Zentrierringe 18 getrennt. In der Nähe dieser

spezifischen elektrischen Widerstand und dem rela- 40 Elektroden r,ind die Rohrabschnitte überdies mit

tiven Porenvolumen einer Anzahl von Sandzusam- einem harten Isolierüberzug 19 versehen, dessen

mensetzungen. Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser

Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält eine der nicht überzogenen Abschnitte des Rohres ist.

Anzahl von Rohren 1, die miteinander mittels Somit ist der Außendurchmesser der Anordnung voll-

Schraubverbindung od. dgl. verbunden werden kön- 45 ständig glatt.

nen. Eine kegelige Spitze 2 ist an dem unteren Ende Der Überzug 19 soll starken mechanischen Anfor-

der Rohranordnung befestigt, um das Eindringen der derungen genügen, da dieser Überzug der Schleifwir-

Sonde in den Boden zu erleichtern. kung des Sandes widerstehen muß. Es hat sich her-

Die Sonde ist mit zwei Stromelektroden 3 und 4 ausgestellt, daß in einem Epoxyharz gebundener versehen, die mit einer Wechselstromquelle durch 50 Quarzsand für diese Zwecke sehr gut ist. Eine Mielektrische Leitungen, die durch die Bohrung der schung aus Quarzsand und Epoxyharz wird in form-Rohranordnung laufen, verbunden sind. Zwei Meß- barem Zustand auf die entsprechenden Rohrelektroden 5 und 6 sind symmetrisch zwischen den abschnitte aufgebracht und auf den gewünschten Stromelektroden 3 und 4 angeordnet. Die Meßelek- Durchmesser geschliffen, nachdem das Epoxyharz troden 5 und 6 können mit einem Anzeige- oder Auf- 55 ausgehärtet ist. Ein solcher Überzug hat überdies Zeichnungsinstrument mittels elektrischer Leitungen, ausreichende Isoliereigenschaften, absorbiert kein die durch die Bohrung der Rohranordnung 1 laufen, Wasser aus dem Boden und ist sehr verschleißfest,
verbunden sein. Wegen der Deutlichkeit sind die ver- Im Betrieb wird die Sonde in den Boden mittels schiedenen elektrischen Verbindungen in der Zeich- einer hydraulischen Vorrichtung eingetrieben, bis die riung weggelassen. Die Sonde enthält des weiteren 60 gewünschte Tiefe erreicht ist. Die Sonde kann mittels eine Meßzelle 7, die innerhalb der Rohranordnung 1 Verlängerungsrohren, die an der Oberseite der voranangebracht ist. Bei der in der Zeichnung dargestell- gehenden Rohre befestigt werden, verlängert werden, ten Ausführungsform ist die Zelle in einem Kupp- Dann wird eine Wechselspannung zwischen die Eleklungselerttent 8 befestigt, das zwischen zwei Ab- troden 3 und 4 gelegt, und der elektrische Widerstand schnitte der Rohranordnung 1 gesehraubt ist 65 des Bodens wird mittels der Meßelektroden 5 und 6

Eine Anzahl von Durchlässen 9 öffnet sich nach gemessen. Während der Einführung der Sonde in den

der Außenfläche des Kupplungselementes 8, wobei Boden wird der Hohlraum 11 der Zelle 7 auf einem

die Durchlässe mit dem Inneren der Meßzelle 11 geeigneten Druck mittels des Rohres 13 Behalten, um

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zu verhindern, daß Grundwasser in die Zelle ein- Es ist auch möglich, weitere Informationen über

dringt. Sobald die Sonde die gewünschte Tiefe er- die Natur des Bodens zu erhalten, wenn, wie dies

reicht hat, wird der Hohlraum mit der Atmosphäre Fig. 1 zeigt, das untere Ende20 des Kegels 1 von

verbunden, so daß das Grundwasser in die Zelle 7 dem übrigen Teil der Sonde mittels einer Isolation 21

über die Durchlässe 9 eindringen kann. Mittels der 5 isoliert ist und mit einer elektrischen Verbindung

Elektroden 14, 15 und 16 kann der spezifische elek- versehen wird, wodurch es möglich wird, die Span-

trische Widerstand des Grundwassers bestimmt nungsdifferenz zwischen der Elektrode 20 und einer

werden. Bezugselektrode zu messen, die in den Boden an

Es ist im allgemeinen erwünscht, Messungen in ver- einem von dem Sondierpunkt entfernten Punkt ein-

schiedenen Tiefen durchzuführen, in denen sich der io getrieben ist. Mit der Sonde wird schließlich eine

spezifische elektrische Widerstand des Grundwassers Spannungsdifferenz gemessen, die von Konzentra-

ändern kann, so daß es notwendig ist, dessen Messung tionsunterschieden der in dem Grundwasser gelösten

in jeder Tiefenlage zu wiederholen. Der Hohlraum Salze zwischen den beiden Punkten abhängig ist.

11 der Zelle 7 und die Durchlässe 9 sind deshalb für Diese .Spannungsdifferenz ist für die vorliegenden

jede neue Messung zu entleeren. Dies wird dadurch 15 Zwecke nicht von Bedeutung. Während des Eintrei-

erreicht, daß der Hohlraum 11 wieder mit der Druck- bens der Sonde in den Boden tritt eine zusätzliche

luftquelle verbunden wird, so daß der Inhalt der Spannungsdifferenz auf, welche durch Verdrängung

Zelle nach außen gepreßt wird. des Wassers in dem Sandgerippe durch die sich be-

F i g. 3 zeigt eine beispielhafte graphische Darstel- wegende Sonde verursacht wird. Diese zusätzliche lung zum Ableiten des relativen Porenvolumens 20 Spannungsdifferenz hängt von der Durchlässigkeit (ΥvoreWtotal) ^aus dem spezifischen elektrischen Wi- des Bodens für Wasser in dem Sandskelett und damit derstand des Grundwassers (q_w) und des Bodens (q_s). von dem Schlammgehalt ab. Diese Verdrängung ist In diesem Diagramm stellt die ausgezogene Linie die nahe dem Kegel 2 am größten, so daß es bevorzugt mittlere Kurve einer großen Anzahl von im Labora- wird, die Elektrode 20 an diesem Kegel anzuordnen, torium untersuchten Bodenproben dar. Diese Kurve as Aus diesen Messungen kann eine andere Eichkurve verläuft im wesentlichen gerade. Auf Grund einer be- abgeleitet werden, die es ermöglicht, auf Grund dieser stimmten Abweichung in den Messungen und in der Messungen zu bestimmen, welche Kurve in dem BeZusammensetzung der Probe, z. B. dem Schlamm- reich der F i g. 3 auszuwählen ist, wenn eine genaue gehalt, ist jedoch eine gewisse Ungenauigkeit unver- Messung erforderlich ist. Selbstverständlich ist die meidbar. Der Bereich der Abweichung ist in F i g. 3 30 Spannungsdifferenz während der Bewegung der durch die gestrichelten Linien dargestellt. Aus dieser Sonde um die Spannungsdifferenz zu verringern, die Figur ist zu ersehen, daß dennoch eine gute Genauig- mit einer stationären Sonde gemessen wird. Es ist keit erzielt werden kann. Dieser Bereich ist tatsäch- deshalb vorteilhaft, einen aufzeichnenden Spanh'ch durch eine große Anzahl von nebeneinander- nungsmesser für diesen Zweck zu verwenden,
liegenden, parallelen Linien ausgefüllt, von denen 35 Vorzugsweise wird der untere Teil der Sonde mit jede einer gegebenen Zusammensetzung des Bodens Einrichtungen zum Messen des Spitzen- und Rcientspricht. bungswiderstandes versehen, wie diese z. B. in der

Falls jedoch dieser Bereich für bestimmte kritische niederländischen Patentanmeldung 289 636 beschrie-

Fälle als zu groß angesehen wird, ist es notwendig, ben sind. Auf diese Weise kann eine Anzahl von

zu bestimmen, welche der Kurven ausgewählt werden 40 wichtigen Daten durch einen einzigen Sondiervorgang

soll. Für den fraglichen Boden sollte die Beziehung erhalten werden, der die Messungen durch Störungen

zwischen der Dichte und dem spezifischen elektri- des Bodens nur in einem minimalen Umfang beein-

schen Widerstand getrennt bestimmt werden. Aus fraßt.

diesem Grund wird eine Bodenprobe entnommen, die Sofern es in einigen Fällen zweckmäßig ist, kann

in der üblichen Art bei einer niedrigen Temperatur 45 die Rohrleitung 12, 13 (s. Fig. 1) auch mit einer

getrocknet und gewogen wird, um die Menge der Saugquelle verbunden werden, um die Meßzelle

festen Substanz zu bestimmen. Anschließend wird die schnell mit Grundwasser zu füllen. Ferner kann zum

Probe mit Wasser gesättigt, und die Dichte dieser Erzeugen eines elektrischen Feldes auch, eine Gleieh-

Profoe vnsa durch Vibration geändert» Brei ©der vier spannung verwendet werden, ßes «eiteren können

Versuche sind im allgemeinen für eme genaue Be- 50 mehrere Meßelektrodenpäare zwischen den Steom-

sümmung der entsprechenden Kurven ausreichend. elektroden vorgesehen sein.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (5)

r 1 ' 2 und/oder AnfanirhniingsinstmTnBntPt angeschlossenen Patentansprüche: Sonde, welche aus Metallrohren und an deren Außenfläche von diesen isoliert angeordneten Elek-

1. Vorrichtung zur Bestimmung des relativen troden zum Anlegen eines elektrischen Feldes und Porenvolumens von mit Wasser gesättigtem Sand- 5 zum Messen des spezifischen elektrischen Widerboden durch Messung des spezifischen elektri- stands des dazwischenliegenden Bodens gebildet sehen Widerstands des Bodens und einer zwischen wird.

den Meßelektroden entnommenen Grundwasser- Das relative Porenvolumen ist als Verhältnis zwi-

probe, bestehend aus einer in den Boden ein- sehen dem Porenvolumen, d.h. der Differenz zwitreibbaren und an eine Stromquelle und Meß- io sehen dem gesamten geprüften Boden und dem Vo- und/oder Aufzeichnungsinstrumente angeschlos- lumen des darin enthaltenen festen Stoffes, und dem senen Sonde, welche aus Metallrohren und an gesamten Volumen definiert d. h.:
deren Außenfläche von diesen isoliert angeordneten Elektroden zum Anlegen eines elektrischen υ.!_««__ _D , ^.w« Vtotal ~ ^vsoud

Feldes und *um Messen des spezifischen elek- i₅ »elaüves Porenvolumen =-^-= —

itrischen Widerstands des dazwischenliegenden ^toa

Bodens gebildet wird, gekennzeichnet Es wird des weiteren angenommen, daß der Raum

durch eine Meßzelle (T) im Inneren der Sonde, der Poren vollständig mit Grundwasser gefüllt ist
durch eine Anzahl von Durchlässen (9), die sich Für die Auswertung des Bodens in bezug auf Bau-

nach der Außenfläche zwischen den Elektroden so und mechanische Eigenschaften ist es wichtig, das öffnen und mit dem Inneren (11) der Zelle in relative Porenvolumen kennenzulernen. In einer Verbindung stehen, durch Meßelektroden (14, Sandschicht, in der das relative Porenvolumen einen 15, 16) in der Zelle und durch eine mit dem In- bestimmten kritischen Wert nicht überschreitet, beneren der ZeBe in Verbindung stehende Rohr- steht nicht die Gefahr eines fließenden Gleitens, leitung (12, 13), die mit einer Druckquelle und 35 Außerdem steigt der Widerstand des Bodens gegen nötigenfalls einer Saugquelle verbunden werden Deformation an, wenn das relative Porenvolumen kann. abnimmt. Es ist festgestellt worden, daß die Bestim-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- mung des relativen Porenvolumens auf Grund von kennzeichnet, daß die Öffnungen der Verbin- ausgehobenen Bodenproben nicht ausreichend genau dungsdurchlässe (9) so ausgebildet sind, daß 30 ist

Sandkörner in diese Durchlässe nicht eintreten Ein mit Wasser gesättigter Sandboden hat eine können. bestimmte elektrische Leitfähigkeit, die von dem

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- relativen Porenvolumen und von den Eigenschaften durch gekennzeichnet, daß die Außenelektroden des Grundwassers abhängt Die Leitfähigkeit der (3 bis 6) voneinander und von den Metallrohren 35 Sandkörner ist in dieser Hinsicht vemachlässigbar,

(1) mittels einer harten, gegen Abnutzung ver- während die Leitfähigkeit des in den Poren vorhanschleißfesten Schicht (19), die kern Wasser ab- denen Wassers von der Art und der Menge der darin sorbiert, isoliert sind, wobei der Außendurch- gelösten Salze abhängt Deshalb besteht eine Beziemesser gleich dem Außendurchmesser der Teile hung zwischen dem relativen Porenvolumen des der Sonde ist, die nicht von der Schicht bedeckt 40 Sandbodens einerseits und dem Grad, im dem die sind. Leitfähigkeit des Grundwassers durch die Anwesen-

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 heit von Sandkörnern beeinflußt wird, andererseits, bis 3, gekennzeichnet durch eine kegelige Spitze Es ist eine Vorrichtung zur Messung der eiektri-

(2) an dem unteren Ende der Sonde, deren End- sehen Leitfähigkeit eines Bodens mit Elektroden zum teil (20) von dem übrigen Teil der Sonde elek- 45 Anlegen eines elektrischen Feldes und zum Messen trisch isoliert ist, um die Spannungsdifferenz zwi- des spezifischen Widerstandes des dazwischenliegenschen dem Boden, der von der Spitze verdrängt den Bodens bekannt (E. Blank, Handuch der ist und einer Bezugselektrode messen zu können. Bodenlehre, Band 6, 1930, S. 377 und 378). Auch

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 ist eine in den Boden eintreibbare, mit paarweise bis 4, gekennzeichnet durch eine kegelige Spitze 50 angeordneten Elektroden versehene Sonde bekannt, (2) und eine benachbarte, gleitbare BÜGhse, wobei mit der für landwirtschaftliche Zwecke der Feuchtigdie Spitze und die Büchse mittels Kraftmeß- keitsgehalt des Bodens in geringer Tiefe bestimmt elementen mit der Sonde verbunden sind, um werden kann. Die Feuchtigkeit wird hierbei mit einem eine gleichzeitige Messung des Kegelwiderstandes porösen Element aus Gips od. dgl. aufgesaugt, und und des Reibungswiderstandes durchführen zu 55 anschließend wird die Leitfähigkeit gemessen. Diese können. Sonde ist jedoch für Messungen in größeren Tiefen

nicht geeignet, weil die porösen Elemente nicht gegen

die Reibwirkung des Sandes beständig sind (USA.-

Patentsehrift 2 793 527).
60 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung zürn Bestimmen des relativen Poren-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be- Volumens von mit Wasser gesättigtem Sandboden zu Stimmen des relativen Porenvolumens von mit Was- schaffen, mit der gleichzeitig die Leitfähigkeit des ser gesättigtem Sandboden durch Messung des spezi' Grundwassers gemessen werden kann. Zur Lösung fischen elektrischen Widetständs des Bodens und 65 dieser Aufgabe schlägt die Iftndung eine Votricheiner zwischen den Meßelefctfoden entnommenen ttrag der eingangs erwähnten Art vor, die gekenn-Gfundwasserprobe» bestehend aus einer in den Böden zeichnet ist durch eine Meßzelle im Inneren der eintreibbaren und an eine Stromquelle und Meß' Sonde, durch eine Anzahl von Durchlässen, die sich