DENSITATEA APARENTĂ: FORMULA, UNITĂȚILE ȘI EXERCIȚIILE REZOLVATE - FIZIC - 2025

Densitatea aparentă a unui eșantion este definit ca raportul dintre masa sa și volumul nealterată, care include toate spațiile sau pori care le conține. Dacă există aer în aceste spații, densitatea aparentă ρ _b sau densitatea în vrac este:

ρ _b = Masa / Volumul = Masa _particulelor + Masa de _aer / Volumul de _particule + Volumul de _aer

Figura 1. Densitatea în vrac este foarte importantă pentru caracterizarea solurilor. Sursa: Wikimedia Commons.

Atunci când se calculează densitatea în vrac a unui eșantion de sol, acesta trebuie să fie pre-uscat într-un cuptor la 105ºC până când masa este constantă, ceea ce indică faptul că tot aerul s-a evaporat.

Conform acestei definiții, densitatea aparentă a solurilor sau densitatea uscată, este calculată astfel:

ρ _s = Greutatea elementelor solide / Volumul _solid + Volumul _porilor

Notând ca M _s greutatea sau masa uscată și V _t = V _s + V _p ca volum total, formula este:

ρ _s = M _s / V _t

Unități

Unitățile de densitate în vrac din Sistemul internațional de unități sunt kg / m ³ . Cu toate acestea, alte unități , cum ar fi g / cm ³ și megagrams / metru cub: Mg / m ^{3 sunt} , de asemenea , utilizate pe scară largă.

Conceptul de densitate aparentă este foarte util atunci când vine vorba de materiale eterogene și poroase, cum ar fi solurile, deoarece indică capacitatea lor de drenare și de aerare, printre alte calități.

De exemplu, solurile slab poroase au densități mari în vrac, sunt compacte și tind să apeze ușor, spre deosebire de solurile poroase.

Când există apă sau un alt fluid în porii eșantionului, volumul după uscare scade, prin urmare, la efectuarea calculelor, este necesar să cunoaștem proporția de apă inițială (vezi exemplul rezolvat).

Densitatea în vrac a solului

Densitatea aparentă a materialelor în general, inclusiv a solului, este extrem de variabilă, deoarece există factori precum gradul de compactare, prezența materiei organice, textura, structura, adâncimea și altele, care afectează forma și forma. cantitatea de spații de pori.

Solurile sunt definite ca un amestec eterogen de substanțe anorganice, substanțe organice, aer și apă. Ele pot fi fine, medii sau grosiere cu textură la atingere, în timp ce particulele componente pot fi aranjate în diferite moduri, un parametru cunoscut sub numele de structură.

Solurile fine, bine structurate, cu un procent ridicat de materie organică tind să aibă valori scăzute ale densității aparente. Dimpotrivă, solurile groase, cu mai puțin materie organică și structură mică, tind să aibă valori mai mari.

Densitate aparentă în funcție de textură

Conform texturii sale, densitatea aparentă are următoarele valori:

Textură	Densitatea aparentă (g / cm 3 )
Amenda	1.00 - 1.30
Median	1.30 - 1.50
Brut	1,50 - 1,70

Aceste valori servesc ca referință generală. În solurile turboase, abundente în reziduuri vegetale, densitatea aparentă poate fi mai mic de 0,25 g / cm ³ , în cazul în care acesta este un sol mineral vulcanic este în jur de 0,85 g / cm ³ , în timp ce în soluri foarte compactat se ajunge la 1,90 g / cm ³ .

Densitatea aparentă în funcție de adâncime

Valoarea aparentă a densității crește, de asemenea, odată cu adâncimea, deoarece solul este în general mai compact și are un procent mai mic de materie organică.

Interiorul terenului este compus din straturi orizontale sau straturi, numite orizonturi. Orizonturile au diferite texturi, compoziție și compactare. Prin urmare, ele prezintă variații în ceea ce privește densitatea aparentă.

Figura 2. Un profil de sol care prezintă orizonturile diferite. Sursa: Wikimedia Commons.

Un studiu al solului se bazează pe profilul său, care constă din diferite orizonturi care se succed în mod ordonat vertical.

Cum se măsoară densitatea aparentă?

Deoarece variabilitatea densității în vrac este foarte mare, deseori trebuie măsurată direct prin diferite proceduri.

Cea mai simplă metodă este extragerea unui eșantion din sol, introducând în el un bit cu un cilindru metalic spațial cu volum cunoscut și asigurându-te că nu compactează solul. Proba extrasă este sigilată, pentru a evita pierderea umidității sau modificarea caracteristicilor.

Apoi, în laborator, proba este extrasă, cântărită și apoi introdusă într-un cuptor la 105ºC pentru a se usca 24 de ore.

Deși este cea mai simplă modalitate de a găsi densitatea uscată a solului, nu este cea mai recomandată pentru solurile cu texturi foarte libere sau pline de pietre.

Pentru acestea, este de preferat metoda de a săpa o gaură și de a salva pământul extras, care va fi proba de uscat. Volumul eșantionului este determinat turnând nisip uscat sau apă în gaura săpată.

În orice caz, din eșantion este posibil să se determine proprietățile foarte interesante ale solului pentru a-l caracteriza. Următorul exercițiu rezolvat descrie cum se face.

Exercițiu rezolvat

O probă de lut cu lungimea de 100 mm este extrasă din cilindrul probei, al cărui diametru intern este de asemenea de 100 mm. Când s-a cântărit, s-a obținut o masă de 1531 g, care odată uscată a fost redusă la 1178 g. Greutatea specifică a particulelor este de 2,75. I se cere să calculeze:

a) Densitatea în vrac a probei

b) Conținutul de umiditate

c) Raportul de vid

d) Densitatea uscată

e) Gradul de saturație

f) Conținutul de aer

Solutie la

Volumul nealterat V _t este volumul inițial al eșantionului. Pentru un cilindru cu diametrul D și înălțimea h, volumul este:

V _cilindru = V _t = suprafața de bază x înălțime = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0.000785 m ³

Afirmația afirmă că masa eșantionului este M _s = 1531 g, deci în conformitate cu ecuația dată la început:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950 319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Soluție b

Deoarece avem masa inițială și masa uscată, masa de apă conținută în eșantion este diferența dintre aceste două:

M _apă = 1531 g - 1178 g = 353 g

Procentul de umiditate din eșantion este calculat după cum urmează:

% Umiditate = (Masa de _apă / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Soluție c

Pentru a găsi raportul de goluri, volumul total al eșantionului V _t trebuie defalcat în:

V _t = _particule V + volum de _pori

Volumul ocupat de particule este obținut din masa uscată și gravitatea specifică, date obținute din enunț. Greutatea specifică s _g este coeficientul dintre densitatea materialului și densitatea apei în condiții standard, prin urmare densitatea materialului este:

ρ = s _g x ρ _apă = 2,75 x 1 g / cm ³ = 2,75 g / cm ³

ρ = M _s / V _s → V _s = 1,178 g / 2,75 g / cm ³ = 0,428 cm ³ = 0,000428 m ³

Volumul golurilor din eșantion este V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Raportul de vid e este:

e = V _v / V _s = 0,000357 m ³ / 0,000428 m ³ = 0,83

Soluție d

Densitatea uscată a eșantionului este calculată după cum este indicat în introducere:

ρ _s = Greutatea elementelor solide / Volumul _solidelor + _Porii volumului = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Soluție e

Gradul de saturație este S = (V _apă / V _v ) x 100%. Deoarece cunoaștem masa de apă din eșantion, calculată la articolul b) și densitatea acesteia, calculul volumului său este imediat:

ρ _apă = M _apă / V _apă → V _apă = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0,000353 m ³

Pe de altă parte, volumul golurilor a fost calculat la articolul c)

S = (0.000353 m ³ / 0.000357 m ³ ) x 100% = 98.9%

Soluție f

În sfârșit, conținutul procentual de aer este A = (V _aer / V _t ) x 100%. Volumul de aer corespunde:

V _v - V _apă = 0,000357 m ³ - 0,000353 m ³ = 0,000004 m ³

A = (V _aer / V _t ) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³ ) x100% = 0,51%

Referințe

1. Berry, P. Mecanica solului. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Densitate aparentă. Recuperat de la: construmatica.com.
3. NRCS. Densitatea în vrac a solului. Recuperat de la: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Departamentul de Edafologie. Manual de proceduri analitice de fizică a solului. Recuperat din: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Densitate în masă Recuperat de la: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Podea. Recuperat de la: en.wikipedia.org.