DIN 19682-9-2011 Soil quality - Field tests - Part 9 Determination of air permeability《土壤质量 现场试验 第9部分 Determination of air permeability》.pdf

1、April 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.080.99!$mh“1742769www.din.deDDIN 19682-9Bode

2、nbeschaffenheit Felduntersuchungen Teil 9: Bestimmung der LuftdurchlssigkeitSoil quality Field tests Part 9: Determination of air permeabilityQualit du sol tudes sur terrain Partie 9: Dtermination de permabilit lairAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frdie 1995-12 zu

3、rckgezogeneNormDIN 19682-9:1972-01www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenDIN 19682-9:2011-04 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen. 5 3 Begriffe 5 4 Kurzbeschreibung 5 5 Gerte. 5 5.1 Druckzylinder 5 5.2 Luftpumpe . 6 5.3 berdruckmessgert (Manometer) . 6 6 Du

4、rchfhrung 7 6.1 Gerte, die nach dem Gasometerprinzip nach Bild 1 arbeiten 7 6.2 Gerte, die nach anderen Messprinzipien arbeiten. 8 6.3 Randbedingungen des Verfahrens . 8 7 Berechnung. 8 8 Angabe und Einstufung der Ergebnisse 8 9 Prfbericht. 9 Anhang A (informativ) Grundlagen des Verfahrens . 10 Lite

5、raturhinweise . 12 Bilder Bild 1 Aufbau eines nach dem Gasometerprinzip arbeitenden Gertes . 7 Tabellen Tabelle 1 Einstufung der Luftdurchlssigkeit von Bden, gemessen bei pF = 1,8 9 2 DIN 19682-9:2011-04 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Normenausschuss Wasserwesen (NAW), Arbeitsausschuss NA 119-01-

6、02-02 UA Chemische und physikalische Verfahren“ erarbeitet. Es wird empfohlen, bei den Arbeiten nach dieser Norm Fachleute oder Facheinrichtungen einzuschalten. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht

7、dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber der 1995-12 zurckgezogenen Norm DIN 19682-9:1972-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) das Vorwort wurde ergnzt; b) die Einleitung wurde ergnzt; c) Abschnitt 1, Anwendungsbereich, wurde erw

8、eitert; d) Abschnitt 2, Normative Verweisungen, wurde aufgenommen; e) Abschnitt 3, Begriffe, wurde aufgenommen und mit der Definition Luftdurchlssigkeit des Bodens“ (3.1) ergnzt; f) Abschnitt 4, Kurzbeschreibung, wurde aufgenommen; g) Abschnitt 5, Gerte, wurde aufgenommen zur Erluterung der technisc

9、hen Zeichnung (Bild 1); h) Abschnitt 6, Durchfhrung, wurde sowohl fachlich als auch inhaltlich berarbeitet; i) Abschnitt 7, Berechnung, ergnzt um einen Hinweis auf moderne Messgerte und die Anwendung der Gleichung (1); j) Abschnitt 8, Angabe und Einstufung der Ergebnisse, wurde aufgenommen; k) Absch

10、nitt 9, Prfbericht, wurde aufgenommen; l) Anhang A, Grundlagen des Verfahrens, wurde aufgenommen; m) Literaturhinweise wurden aufgenommen. Frhere Ausgaben DIN 19682-9: 1972-01 3 DIN 19682-9:2011-04 Einleitung Die Luftdurchlssigkeit oder Luftleitfhigkeit bestimmt Ausbreitung und Austausch der Gase im

11、 Boden bzw. zwischen Boden und Atmosphre (Bodenatmung). Sie wird von der Gre, Form und Kontinuitt von Hohl-rumen (Poren) im Boden bestimmt. Damit ist sie abhngig von der Textur des jeweiligen Bodens, jedoch auch vom Bodengefge und der Ausprgung von Sekundrporen. Deshalb kann sie sowohl horizontal al

12、s auch vertikal sehr stark variieren. 4 DIN 19682-9:2011-04 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt das Verfahren fr die Bestimmung der Luftdurchlssigkeit von Bden fest. Das Verfahren dient der Beschreibung zur Beurteilung der Mglichkeit des Austausches der Bodenluft mit der atmosphrischen Luft. Die Luf

13、tdurchlssigkeit verschiedener Schichten und Horizonte kann unmittelbar im Felde am gewachsenen Boden oder an Proben in ungestrter Lagerung im Labor gemessen werden. Die Ergebnisse sind jeweils abhngig vom Wassergehalt des Bodens. Sie sind daher nur vergleichbar, wenn die Bestimmung an Bden erfolgt,

14、die im gleichen Feuchtezustand sind. Die Einstufung der Luftleitfhigkeit nach dieser Norm setzt voraus, dass ein Feuchtezustand von pF = 1,8 vorliegt (Feldkapazitt nach DIN 4220). 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei dati

15、erten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 4220, Bodenkundliche Standortbeurteilung Kennzeichnung, Klassifizierung und Ableitung von Boden-kennwerten (normativ

16、e und nominale Skalierungen) 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gilt der folgende Begriff. 3.1 Luftdurchlssigkeit des Bodens Luftvolumen V, das nach Anlegen eines Druckes p in der Zeiteinheit t durch eine Bodensule von der Lnge l und dem Querschnitt A strmt ANMERKUNG Die Luftdurchlssigkeit

17、 wird (ebenso wie die Wasserdurchlssigkeit) in der bodenkundlichen Fach-literatur blicherweise in einer Lngeneinheit je Zeiteinheit angegeben, z. B. (cm/s) oder (cm/d). Dies setzt voraus, dass als Maeinheit fr den Druck die Hhe eines Krpers verwendet wird, der diesen Druck ausbt, z. B. die Lnge eine

18、r Wasser- oder Luftsule in Zentimeter. Der Druck einer Wassersule von 1 cm Hhe entspricht 98,1 Pa 1 hPa. 4 Kurzbeschreibung Bden im Feld oder Bodenproben im Labor werden durch einen Mantel mit Deckel von allen Seiten mit Ausnahme der Grundflche eingeschlossen und es wird Luft mit konstantem Druck vo

19、n wenigen hPa durch den eingeschlossenen Bodenkrper gedrckt. Das in einer bestimmten Zeit durchstrmende Luftvolumen wird durch geeignete Messapparate erfasst und die Luftdurchlssigkeit klberechnet. ANMERKUNG Die Grundlagen des Verfahrens sind in Anhang A (informativ) beschrieben. 5 Gerte 5.1 Druckzy

20、linder Mantel aus Metall, der den zu untersuchenden Bodenkrper seitlich umschliet, mit luftdicht schlieendem Deckel und Verbindungsschluchen zum Messgert, ber die Luft zugefhrt und der Luftdruck bzw. die Druckdifferenz zur Atmosphre ermittelt werden kann. Da die Porositt von Bden auf engem Raum star

21、ken Schwankungen unterworfen ist und auch sehr niedrige Leitfhigkeiten auftreten knnen, sollte die durch-strmte Flche des ummantelten Krpers mglichst gro sein. 5 DIN 19682-9:2011-04 Erfolgt die Bestimmung der Luftleitfhigkeit im Feld, wird der Druckzylinder (siehe Bild 1) bis zu einer definierten Ti

22、efe in den Boden eingedrckt, bei Messungen im Labor werden Stechzylinderproben verwendet, die oberseitig durch geeignete Adapter luftdicht verschlossen werden. 5.2 Luftpumpe zur Erzeugung und Messung eines variierbaren Volumenstroms, der jedoch ber die Dauer der Messung konstant zu halten ist. Es kn

23、nen batteriebetriebene Gerte mit entsprechenden Regeleinrichtungen eingesetzt werden oder Gerte, die nach dem Gasometerprinzip arbeiten (siehe Bild 1). Zur Einhaltung eines laminaren Flusses muss der Volumenstrom so regelbar sein, dass sich eine Druckdifferenz zur Atmosphre von nur wenigen hPa einst

24、ellt. 5.3 berdruckmessgert (Manometer) zur Bestimmung des Luftdrucks bzw. der Druckdifferenz zur Atmosphre in einer Genauigkeit von 1 hPa. Es knnen Gerte, die nach dem Gasometerprinzip arbeiten (siehe Bild 1), elektrisch betriebene oder mecha-nische Manometer verwendet werden. Von ersteren muss das

25、Gewicht des Gasometer-Oberteils und die Wasserflche bekannt sein, die es umschliet. Genauere Messungen erfordern auch den Gewichtsverlust (Auftrieb), der mit zunehmendem Eintauchen in Wasser entsteht. Ohne Bercksichtigung des Auftriebs kann der durch das Gasometer-Oberteil entstehende Druck p nach G

26、leichung (1) berechnet werden. Fgmp=00011(1) Dabei ist p der Druck in hPa; m die Masse des Gasometer-Oberteils, in g; g die Fallbeschleunigung (g = 981 cm/s2); F die Wasseroberflche, die vom Gasometer-Oberteil eingeschlossen ist, in cm2. 6 DIN 19682-9:2011-04 Legende 1 Gasometerunterteil mit Wasser

27、2 Druckzylinder 3 Fhrungsstange mit Skala 4 Gasometeroberteil mit Fhrungsrohr 5 Luftrohr 6 Schlauchverbindung 7 Ausgleichs- und Einlassventil 8 Begrenzungsmarke 9 gewachsener Boden Bild 1 Aufbau eines nach dem Gasometerprinzip arbeitenden Gertes 6 Durchfhrung 6.1 Gerte, die nach dem Gasometerprinzip

28、 nach Bild 1 arbeiten Der Druckzylinder (Pos. 2) wird ohne Verkanten bis zur Begrenzungsmarke (Pos. 8) in den Boden gedrckt. Anschlieend lsst man die im Gasometer eingeschlossene Luft ber eine Schlauchverbindung (Pos. 6) durch den im Druckzylinder befindlichen Boden strmen. Dabei ist besonders zu be

29、achten, dass das Gasometer senkrecht steht, um Reibungen des Gasometer-Oberteils an der Fhrungsstange (Pos. 3) zu vermeiden. Das Gert ist im Felde gegen Wind zu schtzen. Folgende Messgren sind zu erfassen: Dauer des Durchstrmens der Luft (t) in s und dabei festzustellendes Absinken des Gasometer-Obe

30、rteils (Pos. 4) in cm. Der auftretende Druck errechnet sich nach Gleichung (1) und ist ggf. um den Auftrieb zu vermindern. 7 DIN 19682-9:2011-04 6.2 Gerte, die nach anderen Messprinzipien arbeiten Es ist nach den Anweisungen des jeweiligen Gerteherstellers zu verfahren. Gegebenenfalls ist das verwen

31、dete Gert durch Messung der Luftdurchlssigkeit eines Prfkrpers zu kalibrieren bzw. bei jedem Messzyklus zu kontrollieren. 6.3 Randbedingungen des Verfahrens Die fr die Anwendung der DARCY-Gleichung 1 zu erfllenden Randbedingungen werden am besten eingehalten, wenn ungestrte Proben (Stechzylinder) im

32、 Labor oder im Feld untersucht werden. Hier sollte allerdings darauf geachtet werden, dass bei der Entnahme der Bodenproben Porenffnungen an den Probenoberflchen nicht verschmiert werden. Bei Messungen im Feld soll sichergestellt werden, dass das Abflieen der Luft nach Durchtritt durch den vom Mante

33、l umschlossenen Bodenkrper gegeben ist. ANMERKUNG Bei Messungen im Bodenverband (im Feld) ist ein ungespanntes Abflieen der Luft nicht immer gegeben. Dies gilt besonders, wenn unterhalb der erfassten Bodensule dichtere (weniger luftdurchlssige) Bodenschichten anstehen. 7 Berechnung Moderne Luftdurch

34、lssigkeits-Messgerte berechnen meist intern den Wert, weisen ihn auf dem Display aus und knnen auch die Ergebnisse ganzer Messserien fr die sptere bernahme in Auswertungsprogramme abspeichern. Sind diese Voraussetzungen nicht gegeben, ist die Luftdurchlssigkeit klnach Gleichung (2) zu berechnen. tpA

35、glVk=l(2) Dabei ist kldie Luftdurchlssigkeit, in cm/s; V das Volumen der durchgestrmten Luft, in cm3; l die Lnge der Bodenprobe bzw. der im Feld ummantelten Bodenschicht, in cm; A der Querschnitt der Bodenprobe bzw. der ummantelten Bodenschicht, in cm2; die Dichte der Luft, in g/cm3; g die Fallbesch

36、leunigung (g = 981 cm/s2); p der Druck, in hPa; t die Zeitdauer, in der die Luft strmt, in s. 8 Angabe und Einstufung der Ergebnisse Die Messergebnisse sind in der Maeinheit (cm/s) in Exponentialschreibweise mit zweistelliger Mantisse, z. B. 1,10 103, anzugeben. ANMERKUNG Fr die Umrechnung in andere

37、 Maeinheiten gelten folgende Gleichungen: 1 cm/s = 1 102m/s = 8,64 105mm/d = 8,64 104cm/d = 864 m/d 8 DIN 19682-9:2011-04 Die ermittelte Luftdurchlssigkeit darf nach Tabelle 1 (aus 2, dort angegebene Werte fr die intrinsische Leitfhigkeit, k00, umgerechnet und leicht modifiziert) klassifiziert werde

38、n, wenn die Bden einen Feuchtezustand von pF = 1,8 aufweisen. Tabelle 1 Einstufung der Luftdurchlssigkeit von Bden, gemessen bei pF = 1,8 Luftdurchlssigkeit Berechnungsbasis A aBerechnungsbasis B bBenennung Kurzzeichen cm/s 106cm/s 103sehr gering kl1 2 2,6 gering kl2 2 bis 10 2,6 bis 13 mittel kl3 1

39、0 bis 40 13 bis 52 hoch kl4 40 bis 130 52 bis 180 sehr hoch kl5 130 bis 460 180 bis 600 extrem hoch kl6 460 600 aBerechnungsbasis A: Druckhhendifferenz in der Maeinheit cm Luftsule“ zugrunde gelegt, bBerechnungsbasis B: Druckhhendifferenz in der Maeinheit cm Wassersule“ zugrunde gelegt. 9 Prfbericht

40、 Der Prfbericht muss mindestens die folgenden Angaben enthalten: a) eine Verweisung auf diese Norm; b) die genaue Bezeichnung des untersuchten Standorts; c) das Ergebnis der Prfung nach Abschnitt 7; d) alle Einzelheiten, die nicht in dieser Norm beschrieben oder wahlfrei sind, sowie alle Faktoren, d

41、ie das Ergebnis beeinflusst haben knnen, insbesondere den Feuchtezustand des untersuchten Bodens zum Zeitpunkt der Untersuchung. 9 DIN 19682-9:2011-04 Anhang A (informativ) Grundlagen des Verfahrens Grundlage des Verfahrens ist das Gesetz von DARCY 1, welches das laminare Flieen eines Fluids durch e

42、in porses Medium beschreibt. Es sagt aus (siehe Gleichung (A.1), dass das durchstrmende Volumen des Fluids V proportional ist zum Querschnitt A des durchstrmten Krpers, zur Dauer t des Flusses und zum Druck p, der auf das Fluid einwirkt, sowie umgekehrt proportional zur Lnge l des durchstrmten Krper

43、s in Flierichtung. Der Proportionalittsfaktor kfist ein Charakteristikum des Fluids und der inneren Geometrie des durchstrmten Krpers. Er wird als Durchlssigkeit, Leitfhigkeit oder auch Durchlssigkeitsbeiwert bezeichnet. lptAkV=f(A.1) Wird Wasser als Fluid verwendet, kann bei Vorliegen von stationre

44、m Fluss, d. h. konstantem Druck ber die Dauer der Messung, kfnach Gleichung (A.2) berechnet werden. htAlVk=f(A.2) Dabei ist kfdie Durchlssigkeit, in cm Wassersule WS/s; V das durchstrmende Wasservolumen, in cm3; A der Fliequerschnitt des durchstrmten Krpers, in cm2; t die Dauer des Durchflusses, in

45、s; l die Hhe des durchstrmten Krpers in Flierichtung, in cm; h die hydraulische Druckhhendifferenz, in cm Wassersule. Die Maeinheit (cm WS/s) gilt zunchst nur fr die Durchlssigkeit von Wasser. Fr andere Fluide kann die Druckhhendifferenz h nach Gleichung (A.3) berechnet werden. Der Maeinheit (cm/s)

46、liegt dann die entsprechende Sulenhhe des verwendeten Fluids zugrunde. 0001=gph (A.3) Dabei ist h der auf das Fluid in Flierichtung einwirkende Druck, ausgedrckt als Hhendifferenz des Fluids, in cm; p die auf das Fluid in Flierichtung einwirkende Druckdifferenz gegenber der Umgebung, in hPa; die Dic

47、hte des Fluids, in g/cm3; g die Fallbeschleunigung (g = 981 cm/s2). ANMERKUNG 1 Wird Luft als Fluid verwendet, erhlt die Durchlssigkeit das Formelzeichen kl. 10 DIN 19682-9:2011-04 ANMERKUNG 2 Der Druck von 1 hPa entspricht nach Gleichung (A.3) dem Druck einer Wassersule ( = 1,00 g/cm3) von 1,02 cm

48、Lnge bzw. unter Normalbedingungen dem Druck einer Luftsule ( = 0,001 29 g/cm33) von 790 cm Lnge. In der Praxis wird mitunter auch bei Verwendung anderer Fluide als Wasser die Druckhhendifferenz in der Maeinheit (cm WS) zugrunde gelegt. Um die Vergleichbarkeit mit den nach Gleichung (A.2) ermittelten Ergebnissen zu gewhrleisten, ist kldann mit dem Faktor 1,02/790 = 0,001 3 zu multiplizieren. Eine weitere Kenngre, mit der die Luftdurchlssigkeit von Bden gekennzeichnet werden kann, ist die intrinsische Permeabilitt (intrinsic permeability, k00). Sie beschreibt in