Urządzenie do pozyskiwania materiału badawczego w celu wyznaczenia miar stopnia zwietrzenia szkieletu glebowego

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest aparatura do samościerania się kolejnych warstw zwietrzeliny.

Pierwszym i najważniejszym warunkiem, który należało postawić był wymóg równomierności obtaczania okruchów skalnych. Drugim warunkiem związanym z przyjętą i opisaną powyżej metodyką badawczą, jaki musiała spełnić ta aparatura był warunek znajomości rzeczywistej długości drogi toczenia się okruchów skalnych.
Konstrukcję aparatu stanowią trzy zasadnicze części (moduły). Pierwszy z nich stanowi blat urządzenia wraz ze stelażem bębna oraz krzyżakami: przednim i tylnim. Drugą cześć, zasadniczą, stanowi walec bębna, połączony ze ścianami: przednią oraz tylnią za pomocą kołnierzy powierzchni bocznej bębna, z użyciem odpowiednich śrub. Na całej długości walca, w miejscu tych połączeń (na styku wymienionych uprzednio elementów) umieszczone są cienkie uszczelki silikonowe mające na celu zapewnienie szczelności. Dla przyjętej metodyki badania stopnia zwietrzenia szczelność ta jest konieczna ze względu na to, że starty materiał skalny musi być po każdym etapie doświadczenia poddany analizie określającej jego gęstość właściwą (ps). Walec bębna, jak również pozostałe elementy metalowe zostały wykonane ze stali nierdzewnej. Oś obrotu walca znajduje się na wysokości dwóch osiek: ośki przedniej i ośki tylniej, połączonych odpowiednio krzyżakami. W ścianie przedniej bębna znajdują się dwa otwory, z których jeden otwór (okrągły, większy} służy do umieszczania i wyciągania próbek szkieletu poddanego badaniu, natomiast drugi otwór (prostokątny, mniejszy) służy do usuwania, startych w wyniku procesu samościerania się, cząstek szkieletu gruntowego. Otwór prostokątny, z jednym bokiem o krzywiźnie łuku zakreślonej promieniem walca powierzchni bocznej bębna na czas trwania badania jest zamykany klapą za pomocą śrub, z zastosowaniem uszczelki.

Wewnątrz bębna, na powierzchni walca rozmieszczone są, naprzemianlegle ze ściankami przednią i tylnią bębna oraz zamocowane odpowiednio skonstruowane prowadnice służące do wzajemnego mieszania się odłamków szkieletu. Prowadnice te mogą mieć różne reliefy (karby) w zależności od rodzaju cząstek poddawanych badaniu samościeralności. Po każdorazowym cyklu badań starty materiał skalny zgromadzony w bębnie jest usuwany z jego wnętrza do naczynia umiejscowionego na blacie aparatu z użyciem oksykatora. Wielkość próbki badawczej (masa próbki) będzie uzależniona od celu badań i ilości powtórzeń. Przygotowanie próbki do badania wymaga jej rozfrakcjonowania, delikatnego przemycia w celu usunięcia części gliniastych oraz wysuszenia w temperaturze 105°C, jeśli próbka ma być przeznaczona do badania samościeralności w stanie suchym. Trzecią część aparatu stanowi napęd bębna wraz z przekładnią i regulatorem obrotów bębna. Prędkość podczas badania powinna być dobrana w ten sposób, aby ziarna poruszały się w sposób naturalny, nie odrywając się od powierzchni bębna oraz od powierzchni prowadnic. Prototypowy aparat (bęben) został skonstruowany dla cząstek szkieletu nie większych niż 50mm. Ze względu na możliwość ścierania się stalowych elementów bębna, przed badaniem startej zwietrzeliny należy usunąć ewentualne cząstki stali.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Na obecną chwilę autorom nieznane są znormalizowane metody określania stopnia zwietrzenia materiału skalnego, które można by uznać za obiektywne. Stosowane metody badania ścieralności materiału skalnego w postaci kruszywa (ujęte m.in. w normach) dotyczą przede wszystkim określania jego wytrzymałości jako materiału stosowanego w szeroko pojętym budownictwie. Jednakże możliwość stosowania tych metod do badań geologicznych, hydrogeologicznych i ekologicznych (w tym gleboznawstwa) jest bardzo ograniczona. Z tego powodu autorzy wynalazku uważają, że proponowana metodyka badań wraz z aparaturą do jej realizacji może być niezwykle istotną przy realizacji prac badawczych w w/w zakresie. W wyniku zastosowania tej metodyki istnieje możliwość oddzielania od cząstek szkieletu glebowego kolejnych warstw zwietrzałych (o różnym stopniu zwietrzenia), które następnie można poddawać badaniom mającym na celu określenie ich właściwości chemicznych, mineralogicznych, fizycznych.

Potencjał komercjalizacji

Badania, które doprowadziły do opracowania zgłoszenia patentowego tematycznie mieszczą się w zakresie zarówno hydrologii jak i gleboznawstwa. Proponowaną metodykę można wykorzystać w następujących dziedzinach nauki:
1. Gleboznawstwo (rolnicze i leśne): W wyniku ścieralności szkieletu glebowego można pozyskać materiał, który następnie można wykorzystać do dalszych analiz, w wyniku których można badać procesy wietrzenia i ich wpływ zarówno na powstawanie gleb jak i ich właściwości.
2. Geologia, geomorfologia i hydrogeologia: Możliwe jest dokonywanie symulacji procesu rozdrabniania się materiału skalnego. Daje to możliwość prognozowania tempa procesów erozyjnych zachodzących w leśnych zlewniach górskich
3. Hydrologia i ekologia: Możliwe jest szacowanie ilości wody dostępnej w szkielecie w profilach glebowych, co jest ważnym czynnikiem zarówno hydrologicznym, jak i ekologicznym. Dla przykładu, gleby górskie posiadają zazwyczaj niewielką miąższość a udział szkieletu w tych płytkich glebach często przekracza 50%.