Wilgotność Gruntu Całkowicie Nasyconego Wodą: Definicja i Kluczowe Aspekty
- Szczegóły
Mianem wilgotności powietrza określa się zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...). Ilość pary wodnej, która może znaleźć się w powietrzu (rozpuścić się w powietrzu), zależy od jego temperatury.
Podstawowe Pojęcia Związane z Wilgotnością Powietrza
- Prężność pary wodnej (e): To ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. Jednostką pomiaru jest hPa (hektopaskale).
- Prężność maksymalna (E): Maksymalną ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze, nazywana jest prężnością maksymalną lub prężnością pary nasyconej.
- Niedosyt wilgotności (d): Różnica między prężnością maksymalną (E) a wartością prężności aktualnej (e), wyrażona w hPa: d = E - e [hPa].
Wilgotność Względna - Definicja i Wzór
Wilgotność względna (oznaczana najczęściej jako f), którą definiuje się jako: f = (e/E) * 100 [%] informuje, w jakim procencie, w stosunku do maksymalnie możliwego w danej temperaturze (tj. temperaturze, w której zmierzono e) powietrze jest nasycone parą wodną.
Zauważmy, że w różnych temperaturach powietrza taka sama wartość wilgotności względnej (np. 50%) będzie oznaczała zupełnie rożne ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu. W formule definiującej wilgotność względną występuje w mianowniku ułamka wartość E, która jest funkcją temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza wartość E rośnie. Oznacza to, że zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary wodnej w powietrzu (e, prężności aktualnej) muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek (zmniejszenie się) wilgotności względnej.
Posłużmy się tutaj przykładem. Niech w powietrzu, które ma temperaturę 20°C zmierzono wartość e = 12,3 hPa. W takim razie e = 12,3 hPa, zaś wartość prężności maksymalnej jest taka, jaka wynika z temperatury tego powietrza (20°C; E = 23.4 hPa (patrz tabela 1), co oznacza, że wilgotność względna wynosi około 52,6% (12,3 / 23,4). Przy obniżeniu temperatury do 15°C wilgotność względna tego powietrza wzrośnie do 72,3% (12,3 / 17,0), przy dalszym obniżeniu temperatury, do 10°C zauważamy, że wartość prężności maksymalnej E zrównała się z wartością prężności aktualnej e (e = E) i wilgotność względna osiągnęła wartość 100% (12,3 / 12,3), czyli powietrze jest już całkowicie nasycone parą wodną (osiągnęło stan ‘roztworu nasyconego’)
Temperatura Punktu Rosy
Temperatura, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęły się w nim procesy kondensacji, nosi nazwę temperatury punktu rosy (td [°C]). Różnica temperatur między nimi pozwala określić wilgotność względną.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Higrometry
Higrometr: Mierzy wilgotność względną bezpośrednio. Higrometr włosowy jest nieskomplikowanym, tanim przyrządem, służącym do pomiaru wilgotności względnej. Elementem mierzącym (reagującym na zmiany wilgotności względnej) jest w nim odtłuszczony włos ludzki (dokładniej pęczek włosów).
Higrometry włosowe pozwalają na dość pewny (dokładność pomiaru nie jest obarczona większym błędem niż 5%) pomiar wilgotności względnej od 30 do 100%. Pomiar wilgotności w zakresie od 20 do 30% obarczony jest błędem przekraczającym 5%. Higrometr włosowy, z czasem, zaczyna fałszować pomiary. Związane to jest ze stopniowym wysychaniem włosa (pęczka włosów). Z tego względu, nie rzadziej niż 3 miesiące w przeciętnych warunkach wilgotnościowych i nie rzadziej niż co 1 miesiąc w warunkach zwiększonej suchości powietrza, higrometr należy poddać procesowi ponownego tarowania (‘świeżenia’).
Wilgotność Materiałów
Jak to zostało zasygnalizowane we wstępie termin wilgotność (ang. humidity) najczęściej odnosi się do wilgotności powietrza. W języku angielskim bardziej powszechne jest odróżnienie wilgotności powietrza (ang. air humidity) od wilgotności materiału (ang. material moisture). Podsumowując - dla pewności przy pomiarach wilgotności należy zwrócić uwagę czy chodzi o wilgotność powietrza czy materiału, bo inaczej definiuje się wilgotności dla ciał stałych a inaczej dla gazów (np. powietrza). Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale.
Są różne definicje wilgotności materiałów. Niestety nie ma jednolitych symboli literowych przyjętych dla wilgotności materiału ani w języku polskim ani w angielskim. W artykule został przyjęty symbol literowy M (od ang.
Wilgotność względna jest najczęściej używaną miarą wilgotności. Jest prosta w interpretacji i praktyczna w użyciu. Na przykład jeżeli wilgotność względna kukurydzy wynosi 15% to oznacza, że np. w próbce 100 gram kukurydzy 15 gramów stanowi woda a 85 gramów to sucha masa kukurydzy.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Jeżeli chodzi o wilgotność bezwzględną, to dobrze definicję tej wilgotności oddaje angielska nazwa „moisture ratio” - wilgotność bezwzględna jest stosunkiem masy wody do masy suchego materiału. Korzystając z tego samego przykładu jak wyżej, jeżeli 85 gramów to sucha masa kukurydzy a 15g to woda, więc wilgotność bezwzględna będzie wynosiła (15/85)*100 = 17.6%. Wilgotność bezwzględna jest zawsze większa od wilgotności względnej.
Wilgotność bezwzględna ma zastosowanie w badaniach naukowych oraz przy przetwórstwie materiałów. Poniższy przykład pokazuje duże różnice wilgotności materiału w zależności od typu wilgotności. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika jaka wilgotność jest na wyjściu czujnika.
Obciążenie Gruntu Budowlą a Wilgotność
Jak wiadomo osiadanie gruntów piaszczystych praktycznie kończy się w chwili przyłożenia ostatecznego obciążenia i to bez względu na wilgotność gruntu. Natomiast w gruntach o mniejszych wymiarach ziarn i cząstek, jak pyły, gliny, czy iły, proces osiadania trwa nadal po całkowitym obciążeniu gruntu budowlą. Stwierdzono, że najistotniejszy wpływ na przebieg osiadania w czasie ma obecność wody w gruncie.
Mały współczynnik przepuszczalności opóźnia bowiem odsączanie się wody z porów znajdującej się pod dodatkowym ciśnieniem wywołanym odkształceniem się szkieletu gruntowego. Stąd woda zawarta w porach przenosi przez pewien czas część naprężeń przyłożonych na szkielet gruntowy. Tak też interpretował mechanizm procesu K. Terzaghi, który jako pierwszy podał oparte na tej zasadzie wyjaśnienie zjawiska. Zjawisko to nazwał Terzaghi konsolidacją gruntu.
Teorię konsolidacji opracował Terzaghi dla przypadku jednowymiarowego, odpowiadającego warunkom jakie posiada próbka gruntu w edometrze. Było to więc rozwiązanie przypadku szczególnego.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Reasumując warunki, którym powinna odpowiadać teoria procesu konolidacji, w ogólnym przypadku będą następujące:
- obejmować przypadek trójwymiarowy;
- określać przemieszczenie podłoża w dowolnej chwili w zależności od przyłożonego obciążenia;
- być słuszną zarówno dla gruntu w pełni, jak i częściowo nasyconego wodą.
Niezależnie teoria powinna umożliwiać dalsze uogólnienia pozwalające ściślej określić opis fizycznej strony zjawiska, a więc ewentualnie anizotropię ośrodka, wzmocnienie materiału itp.
Na przebieg procesu konsolidacji wpływa również temperatura od której zależna jest wielkość współczynnika przepuszczalności. Wpływ jej w klasycznych teoriach Terzaghiego i Gersewanowa był pomijany.
Ponadto należy zaznaczyć, że wszystkie istniejące teorie konsolidacji zakładają stałość współczynnika przepuszczalności k co nie jest z fizycznego punktu widzenia słuszne.
tags: #wilgotność #gruntu #całkowicie #nasyconego #wodą #definicja
