Fisico

Dinsità di formula apparenti, unità ed esercizi risolti

Dinsità di formula apparenti, unità ed esercizi risolti

IL densità apparente di un campione è definito come il quoziente tra la sua massa e il volume senza alterazione, che include tutti gli spazi o i pori che contiene. Se c'è aria in questi spazi, densità apparente ρB, O Densità di massa È:

ρB = Massa / volume = massa particelle + Massa aria /Volume particelle+ Volume aria

Figura 1. La densità apparente è molto importante per caratterizzare i terreni. Fonte: Wikimedia Commons.

Quando viene calcolata la densità apparente di un campione di terreno, deve essere precedentemente asciugata in un forno a 105 ° C fino a quando l'impasto è costante, indicativo che tutta l'aria ha evaporato.

Secondo questa definizione, l'apparente densità dei suoli o Densità secca, È calcolato in questo modo:

ρS = Peso di elementi solidi / volume solidi + Volume pori

Indicando come mS in peso secco o massa e vT = VS + VP Come il volume totale, la formula rimane:

ρS = MS / VT

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Unità

Le apparenti unità di densità nel sistema internazionale di unità sono kg/m3. Tuttavia, altre unità come G/CM3 e megagramos/metro cubico: mg/m3 Sono anche ampiamente usati.

Il concetto di densità apparente è molto utile quando si tratta di materiali eterogenei e porosi come i terreni, poiché è indicativo del suo drenaggio e capacità di aerazione, tra le altre qualità.

Ad esempio, i piccoli terreni porosi hanno elevate densità apparenti, sono compatti e tendono ad essere facilmente eccitati, a differenza dei terreni porosi.

Quando ci sono acqua o altro fluido nel campione, il volume dopo l'essiccazione diminuisce, quindi al momento dei calcoli, è necessario conoscere la proporzione di acqua originale (vedere Esempio risolto).

Apparente densità del suolo

L'apparente densità dei materiali in generale, incluso il suolo, è molto variabile, poiché vi sono fattori come il grado di compatta quantità di spazi porosi.

I terreni sono definiti come una miscela eterogenea di sostanze inorganiche, sostanze organiche, aria e acqua. Al tatto può essere struttura fine, medio o spessa, mentre le particelle componenti possono essere organizzate in vari modi, un parametro noto come struttura.

Terreni fini e ben strutturati e con un'alta percentuale di materia organica di solito hanno valori di densità apparenti bassi. Al contrario, i terreni spessi, con meno materia organica e poca strutturazione, tendono ad avere valori più alti.

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Densità apparente secondo la trama

Secondo la sua trama, la densità apparente ha i seguenti valori:

Struttura Densità apparente (g/cm3)
Bene 1.00 - 1.30
Mediano 1.30 - 1.cinquanta
Grossolano 1.50 - 1.70

Questi valori servono come riferimento generale. Nei terreni turbolenti, abbondanti nei rifiuti vegetali, la densità apparente può essere bassa come 0.25 g/cm3, Se si tratta di un terreno minerale vulcanico è circa 0.85 g/cm3, Mentre in terreni molto compattati raggiunge 1.90 g/cm3.

Densità apparente in base alla profondità

Anche il valore di densità apparente aumenta con la profondità, poiché il terreno è generalmente più compatto e ha una percentuale inferiore di materia organica.

L'interno della terra è composto da strati o strati orizzontali, chiamati Orizzonti. Gli orizzonti hanno trame, composizione e compattazione diverse. Pertanto presentano una variazione della densità apparente.

figura 2. Un profilo del suolo che mostra i diversi orizzonti. Fonte: Wikimedia Commons.

Uno studio del suolo si basa sul suo profilo, che consiste in vari orizzonti che si seguono in modo verticale.

Come misurare la densità apparente?

Poiché la variabilità della densità apparente è molto grande, è spesso necessario misurarla direttamente attraverso varie procedure.

Il metodo più semplice consiste nell'estrazione di un campione da terra, introducendo in esso una spazzatura con un cilindro di volume noto e assicurarsi di non compattare il terreno. Il campione estratto è sigillato, per evitare la perdita di umidità o l'alterazione delle caratteristiche.

Quindi in laboratorio il campione viene estratto, pesato e quindi posto in un forno a 105 º C per asciugare per 24 ore.

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Mentre è il modo più semplice per trovare la densità secca del terreno, non è il più raccomandato per i terreni con trame molto sciolte o pieni di pietre.

Per questi, il metodo per scavare un buco è preferibile e salvare la terra estratta, che sarà il campione da asciugare. Il volume del campione viene determinato versando sabbia secca o acqua nel foro di Cavado.

In ogni caso, dal campione è possibile determinare proprietà molto interessanti del suolo per caratterizzarlo. Il prossimo esercizio risolto descrive come farlo.

Esercizio risolto

Un campione di argilla di lunghezza di 100 mm viene estratto dal cilindro del campione, il cui diametro interno è anche 100 mm. Con il dolore si ottiene una massa di 1531 g, che una volta asciutta viene ridotta a 1178 g. Il peso specifico delle particelle è 2.75. È richiesto di calcolare:

a) L'apparente densità del campione

b) contenuto di umidità

c) la relazione vuota

d) densità secca

e) il grado di saturazione

f) contenuto d'aria

Soluzione a

Il volume senza alterare VT È il volume originale del campione. Per un diametro D e altezza H cilindro, il volume è:

V cilindro = VT = Area base x altezza = πd2/4 = π x (100 x 10-3 M)2 x 100 x 10 -3 m/ 4 = 0.000785 m3

L'affermazione afferma che la massa del campione è mS = 1531 g, quindi secondo l'equazione fornita all'inizio:

ρB = MS / VT  = 1531 g / 0.000785 m3 = 1950319 g/ m3 = 1.95 mg/m3

Soluzione b

Dato che abbiamo la massa originale e la massa secca, la massa dell'acqua contenuta nel campione è la differenza di questi due:

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M acqua = 1531 g - 1178 g = 353 g

La percentuale di umidità nel campione viene calcolata come segue:

% Umidità = (massa acqua / Ms) x 100 % = (353 g / 1178 g) = 29. 97 %

Soluzione c

Per trovare il rapporto vuoto, il volume totale del campione V deve essere suddivisoT In:

V T = V particelle + Volume pori

Il volume occupato dalle particelle è ottenuto dalla massa secca e dalla gravità specifica, i dati ottenuti dall'istruzione. La gravità specifica sG È il rapporto tra la densità del materiale e la densità dell'acqua in condizioni standard, quindi la densità del materiale è:

ρ = sG x ρacqua = 2.75 x 1 g/cm3 = 2.75 g/cm3

ρ = mS / VS → VS = 1.178 g / 2.75 g/cm3 = 0.428 cm3 = 0.000428 m3

Il volume di spazi vuoti nel campione è Vv = VT - VS = 0.000785 m3 - 0.000428 m3 = 0.000357 m3.

La relazione vuota E È:

e = vv /VS = 0.000357 m3 / 0.000428 m3 = 0.83

Soluzione d

La densità secca del campione viene calcolata come indicato nell'introduzione:

ρS = Peso di elementi solidi / volume solidi + Volume pori= 1178 g/0.000785 m3 = 1.5 mg/m3

Soluzione E

Il grado di saturazione è S = (Vacqua / Vv ) X 100%. Poiché conosciamo la massa di acqua nel campione, calcolata nell'articolo b) e la sua densità, il calcolo il suo volume è immediato:

ρacqua = Macqua / V acqua → Vacqua = 353 g / 1 g / cm3 = 353 cm3 = 0.000353 m3

D'altra parte, il volume degli spazi è stato calcolato nell'articolo C)

S = (0.000353 m3 / 0.000357 m3) x 100% = 98.9%

Soluzione f

Finalmente il contenuto dell'aria percentuale è a = (varia / VT) X 100%. Il volume dell'aria corrisponde a:

Vv - Vacqua = 0.000357 m3 - 0.000353 m3 = 0.000004 m3

A = (varia / VT) x 100% = (0.000004 m3/ 0.000785 m3) x100 % = 0.51 %

Riferimenti

  1. Berry, p. Meccanica del suolo. McGraw Hill.
  2. TRUBRUMATICO. Densità apparente. Recuperato da: costrutto.com.
  3. Nrcs. Densità di massa del suolo. Recuperato da: NRCS.USDA.Gov.
  4. UNAM. Dipartimento di edafologia. Manuale delle procedure analitiche della fisica del suolo. Recuperato da: geologia.UNAM.MX.
  5. Wikipedia. Densità di massa. Recuperato da: in.Wikipedia.org.
  6. Wikipedia. Pavimento. Recuperato da: in.Wikipedia.org.