ВИДИМАЯ ПЛОТНОСТЬ: ФОРМУЛЫ, ЕДИНИЦЫ И РЕШЕННЫЕ УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024

Кажущаяся плотность образца определяются как частное от деления между его массой и объемом неизмененным, который включает в себя все пространства или поры , которые она содержит. Если в этих пространствах есть воздух, кажущаяся плотность ρ _b или объемная плотность равна:

ρ _b = Масса / Объем = Масса _частиц + Масса _{воздуха} / Объем _частиц + Объем _{воздуха}

Рисунок 1. Насыпная плотность очень важна для характеристики почв. Источник: Wikimedia Commons.

При расчете объемной плотности образца почвы его необходимо предварительно высушить в печи при 105 ° C до тех пор, пока масса не станет постоянной, показывая, что весь воздух испарился.

Согласно этому определению кажущаяся плотность грунта или сухая плотность рассчитывается следующим образом:

ρ _s = вес твердых элементов / объем _{твердого тела} + объем _пор

Обозначая через M _s сухой вес или массу и V _t = V _s + V _p как общий объем, формула имеет следующий вид:

ρ _s = M _s / V _t

Единицы

Единицы объемной плотности в Международной системе единиц - кг / м ³ . Однако также широко используются другие единицы измерения, такие как г / см ³ и мегаграммы / кубический метр: мг / м ³ .

Концепция кажущейся плотности очень полезна, когда речь идет о неоднородных и пористых материалах, таких как почвы, поскольку, помимо других качеств, она указывает на их способность к дренажу и аэрации.

Например, слабопористые почвы имеют высокую насыпную плотность, компактны и имеют тенденцию легко поливаться, в отличие от пористых почв.

Когда в порах образца есть вода или другая жидкость, объем после сушки уменьшается, поэтому при проведении расчетов необходимо знать исходную долю воды (см. Разрешенный пример).

Насыпная плотность грунта

Кажущаяся плотность материалов в целом, включая почву, сильно варьируется, поскольку на форму и форму влияют такие факторы, как степень уплотнения, наличие органического вещества, его текстура, структура, глубина и другие. количество поровых пространств.

Почвы определяются как неоднородная смесь неорганических веществ, органических веществ, воздуха и воды. Они могут быть мелкой, средней или крупной по текстуре на ощупь, в то время как составляющие частицы могут быть расположены по-разному, параметр, известный как структура.

Мелкие, хорошо структурированные почвы с высоким содержанием органического вещества обычно имеют низкие значения кажущейся плотности. Напротив, толстые почвы с меньшим количеством органического вещества и небольшой структурой имеют тенденцию иметь более высокие значения.

Кажущаяся плотность в зависимости от текстуры

По текстуре кажущаяся плотность имеет следующие значения:

текстура	Кажущаяся плотность (г / см 3 )
хорошо	1,00 - 1,30
медиана	1,30–1,50
Валовой	1,50 - 1,70

Эти значения служат для справки. В торфяных почвах, богатых растительными остатками, кажущаяся плотность может составлять всего 0,25 г / см ³ , для вулканических минеральных почв она составляет около 0,85 г / см ³ , в то время как в очень уплотненных почвах она достигает 1,90 г / см ^3. см ³ .

Кажущаяся плотность в зависимости от глубины

Кажущаяся плотность также увеличивается с глубиной, поскольку почва обычно более плотная и имеет более низкий процент органического вещества.

Внутренняя часть ландшафта состоит из горизонтальных слоев или слоев, называемых горизонтами. Горизонты имеют разную фактуру, состав и плотность. Следовательно, они имеют вариацию кажущейся плотности.

Рис. 2. Профиль почвы, показывающий разные горизонты. Источник: Wikimedia Commons.

Исследование почвы основано на ее профиле, который состоит из различных горизонтов, следующих друг за другом по вертикали.

Как измерить кажущуюся плотность?

Поскольку вариабельность объемной плотности очень велика, ее часто приходится измерять непосредственно с помощью различных процедур.

Самый простой метод - извлечь образец из почвы, вставив в него долото с металлическим цилиндром известного объема и следя за тем, чтобы почва не уплотнялась. Извлеченный образец герметично закрывается, чтобы избежать потери влажности или изменения характеристик.

Затем в лаборатории образец извлекается, взвешивается и помещается в сушильный шкаф при 105ºC для сушки на 24 часа.

Хотя это самый простой способ определить плотность почвы в сухом состоянии, он не рекомендуется для почв с очень рыхлой структурой или полных камней.

Для них предпочтителен метод рытья ямы и сохранения извлеченной земли, которая будет сушить образец. Объем пробы определяют, насыпая в вырытую яму сухой песок или воду.

В любом случае, по образцу можно определить очень интересные свойства почвы, чтобы охарактеризовать ее. Следующее решенное упражнение описывает, как это сделать.

Упражнение решено

Образец глины длиной 100 мм извлекается из цилиндра для образцов, внутренний диаметр которого также составляет 100 мм. При взвешивании была получена масса 1531 г, которая после высыхания уменьшилась до 1178 г. Удельный вес частиц 2,75. Просят рассчитать:

а) Насыпная плотность образца

б) Содержание влаги

в) Коэффициент пустотности

г) Сухая плотность

д) Степень насыщения

е) Содержание воздуха

Решение для

Неизмененный объем V _t - это исходный объем образца. Для цилиндра диаметром D и высотой h объем равен:

В _{цилиндре} = V _т = Площадь базы х высота = πD ² /4 = π х (100 х 10 ^-3 м) ² х 100 х 10 ^-3 м / 4 = 0,000785 м ³

В заявлении указано, что масса образца M _s = 1531 г, следовательно, согласно уравнению, приведенному в начале:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 г / 0,000785 м ³ = 1950 319 г / м ³ = 1,95 Мг / м ³

Решение б

Поскольку у нас есть исходная масса и сухая масса, масса воды, содержащейся в образце, является разностью этих двух:

M _воды = 1531 г - 1178 г = 353 г

Процент влаги в образце рассчитывается следующим образом:

% Влаги = (масса _воды / Ms) x 100% = (353 г / 1178 г) = 29,97%

Решение c

Чтобы найти коэффициент пустотности, общий объем образца V _t должен быть разбит на:

V _t = V _частиц + объем _пор

Объем, занимаемый частицами, получается из сухой массы и удельного веса, данных, полученных из заявления. Удельный вес s _g - это отношение плотности материала к плотности воды при стандартных условиях, поэтому плотность материала равна:

ρ = s _г x ρ _вода = 2,75 x 1 г / см ³ = 2,75 г / см ³

ρ = M _s / V _s → V _s = 1,178 г / 2,75 г / см ³ = 0,428 см ³ = 0,000428 м ³

Объем пустот в образце V _v = V _t - V _s = 0,000785 м ³ - 0,000428 м ³ = 0,000357 м ³ .

Коэффициент пустотности e составляет:

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

Решение d

Сухая плотность образца рассчитывается, как указано во введении:

величины Р _сек = Масса твердых элементов / объем _{твердых веществ} + объем _пор = 1178 г / 0,000785 м ³ = 1,5 мг / м ³

Решение e

Степень насыщения S = (V _вода / V _v ) x 100%. Поскольку мы знаем массу воды в пробе, рассчитанную в пункте b), и ее плотность, расчет ее объема выполняется немедленно:

ρ _воды = M _воды / V _воды → V _воды = 353 г / 1 г / см ³ = 353 см ³ = 0,000353 м ³

С другой стороны, объем пустот был рассчитан в пункте c).

S = (0,000353 м ³ / 0,000357 м ³ ) x 100% = 98,9%

Решение f

Наконец, процентное содержание воздуха составляет A = (V _воздух / V _t ) x 100%. Объем воздуха соответствует:

V _v - V _вода = 0,000357 м ³ - 0,000353 м ³ = 0,000004 м ³

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

Ссылки

1. Берри П. Механика грунтов. Макгроу Хилл.
2. Constrummatics. Кажущаяся плотность. Получено с: construmatica.com.
3. NRCS. Насыпная плотность почвы. Получено с: nrcs.usda.gov.
4. НАУ. Отдел эдафологии. Руководство по аналитическим методикам физики почвы. Получено с: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Объемная плотность. Получено с: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Пол. Получено с: en.wikipedia.org.