- unitats
- Densitat aparent de terra
- Densitat aparent segons la textura
- Densitat aparent segons la profunditat
- Com mesurar la densitat aparent?
- exercici resolt
- solució a
- solució b
- solució c
- solució d
- solució i
- solució f
- referències
La densitat aparent d'una mostra es defineix com el quocient entre la seva massa i el volum sense alterar, que inclou tots els espais o porus que contingui. Si en aquests espais hi ha aire, la densitat aparent ρ b, o bulk density és:
ρ b = Massa / Volum = Massa partícules + Massa aire / Volum partícules + Volum aire
Figura 1. La densitat aparent és molt important per a caracteritzar els sòls. Font: Wikimedia Commons.
Quan es calcula la densitat aparent d'una mostra de sòl, cal assecar prèviament en un forn a 105 ºC fins que la massa sigui constant, indicatiu que tot l'aire s'ha evaporat.
D'acord a aquesta definició, la densitat aparent dels sòls o densitat seca, es calcula d'aquesta manera:
ρ s = Pes dels elements sòlids / Volum sòlids + Volum porus
Denotant com M s a el pes o massa secs i V t = V s + V p com el volum total, la fórmula queda:
ρ s = M s / V t
unitats
Les unitats de la densitat aparent en el Sistema Internacional d'Unitats són kg / m 3. No obstant això, altres unitats com g / cm 3 i megagramos / metre cúbic: Mg / m 3 també s'utilitzen àmpliament.
El concepte de densitat aparent és molt útil quan es tracta de materials heterogenis i porosos com els sòls, ja que és indicatiu de la seva capacitat de drenatge i ventilació, entre d'altres qualitats.
Per exemple, els sòls poc porosos tenen densitats aparents elevades, són compactes i tendeixen a negar-se fàcilment, a diferència dels sòls porosos.
Quan en els porus de la mostra hi ha aigua o un altre fluid, el volum després d'assecat disminueix, per tant a l'hora d'efectuar els càlculs cal conèixer la proporció d'aigua original (veure exemple resolt).
Densitat aparent de terra
La densitat aparent dels materials en general, inclòs el sòl, és molt variable, ja que hi ha factors com el grau de compactació, la presència de matèria orgànica, la seva textura, estructura, la profunditat i uns altres més, que afecten la forma i la quantitat dels espais porosos.
Els sòls es defineixen com una barreja heterogènia de substàncies inorgàniques, substàncies orgàniques, aire i aigua. A el tacte poden ser de textura fina, mitjana o gruixuda, mentre que les partícules components poden organitzar-se de diverses maneres, un paràmetre que es coneix com a estructura.
Els sòls fins, ben estructurats i amb alt percentatge de matèria orgànica solen tenir valors baixos de densitat aparent. Per contra, els sòls gruixuts, amb menor quantitat de matèria orgànica i poca estructuració, tendeixen a tenir valors més alts.
Densitat aparent segons la textura
D'acord a la seva textura la densitat aparent té els següents valors:
| textura | Densitat Aparent (g / cm 3) |
|---|---|
| fina | 1.00 - 1.30 |
| mitjana | 1.30 - 1.50 |
| gruixuda | 1.50 - 1.70 |
Aquests valors serveixen com a referència general. En sòls torbosos, abundants en residus vegetals, la densitat aparent pot ser tan baixa com 0.25 g / cm 3, si es tracta d'un sòl mineral volcànic està al voltant de 0.85 g / cm 3, mentre que en sòls molt compactats arriba 1.90 g / cm 3.
Densitat aparent segons la profunditat
El valor de densitat aparent també augmenta amb la profunditat, ja que el sòl en general està més compactat i té un percentatge menor de matèria orgànica.
L'interior de el terreny està compost de capes o estrats horitzontals, anomenades horitzons. Els horitzons tenen diferents textures, composició i compactació. Per tant presenten variació pel que fa a la densitat aparent.
Figura 2. Un perfil de sòl mostrant els diferents horitzons. Font: Wikimedia Commons.
Un estudi de terra es basa en el seu perfil, el qual consta de diversos horitzons que se succeeixen ordenadament en forma vertical.
Com mesurar la densitat aparent?
Ja que la variabilitat en la densitat aparent és molt gran, sovint cal mesurar-la directament mitjançant diversos procediments.
El mètode més simple consisteix a extreure de terra una mostra, introduint en ell una barrina amb un cilindre metàl·lic espacial de volum conegut i assegurant-se no compactar el sòl. La mostra extreta queda segellada, per evitar la pèrdua d'humitat o l'alteració de les característiques.
Després en el laboratori la mostra s'extreu, es pesa i després es col·loca en un forn a 105 º C perquè s'assequi durant 24 hores.
Si bé és la manera més simple de trobar la densitat seca de terra, no és el més recomanable per a sòls amb textures molt soltes o plens de pedres.
Per a aquests és preferible el mètode de fer un forat i guardar la terra extreta, que serà la mostra per assecar. El volum de la mostra es determina abocant sorra seca o aigua al forat cavat.
En tot cas, a partir de la mostra és possible determinar propietats molt interessants de terra per caracteritzar-lo. El següent exercici resolt ens descriu com fer-ho.
exercici resolt
Una mostra d'argila de longitud 100 mm s'extreu de l'cilindre de mostra, el diàmetre intern també és de 100 mm. A l'pesar-s'obté una massa de 1531 g, que un cop seca es redueix a 1178 g. La gravetat específica de les partícules és 2.75. Es demana calcular:
a) La densitat aparent de la mostra
b) El contingut d'humitat
c) La relació de buits
d) La densitat seca
e) El grau de saturació
f) El contingut d'aire
solució a
El volum sense alterar V t és el volum original de la mostra. Per a un cilindre de diàmetre D i altura h, el volum és:
V cilindre = V t = Àrea de la base x altura = πD 2 /4 = π x (100 x 10 -3 m) 2 x 100 x 10 -3 m / 4 = 0,000785 m 3
L'enunciat afirma que la massa de la mostra és M s = 1531 g, per tant segons l'equació donada a l'començament:
ρ b = M s / V t = 1531 g / 0,000785 m 3 = 1.950.319 g / m 3 = 1.95 Mg / m 3
solució b
Com tenim la massa original i la massa seca, la massa de l'aigua continguda en la mostra és la diferència d'aquestes dues:
M aigua = 1531 g - 1178 g = 353 g
El percentatge d'humitat en la mostra es calcula així:
% Humitat = (Massa aigua / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%
solució c
Per trobar la relació de buits cal desglossar el volum total de la mostra V t a:
V t = V partícules + Volum porus
El volum ocupat per les partícules s'obté de la massa seca i la gravetat específica, dades que s'obtenen de l'enunciat. La gravetat específica s g és el quocient entre la densitat de l'material i la densitat de l'aigua en condicions estàndard, per tant la densitat de l'material és:
ρ = s g x ρ aigua = 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 = 0428 cm 3 = 0,000428 m 3
El volum de buits a la mostra és V v = V t - V s = 0.000785 m 3 - 0.000428 m 3 = 0,000357 m 3.
La relació de buits i és:
i = V v / V s = 0.000357 m 3 / 0,000428 m 3 = 0.83
solució d
La densitat seca de la mostra es calcula com es va indicar en la introducció:
ρ s = Pes dels elements sòlids / Volum sòlids + Volum porus = 1178 g / 0,000785 m 3 = 1.5 Mg / m 3
solució i
El grau de saturació és S = (V aigua / V v) x 100%. Ja que coneixem la massa d'aigua a la mostra, calculada en l'ítem b) i la densitat de la mateixa, el càlcul el seu volum és immediat:
ρ aigua = M aigua / V aigua → V aigua = 353 g / 1 g / cm 3 = 353 cm 3 = 0,000353 m 3
D'altra banda el volum de buits es va calcular en l'ítem c)
S = (0.000353 m 3 / 0,000357 m 3) x 100% = 98.9%
solució f
Finalment el contingut percentual d'aire és A = (V aire / V t) x 100%. El volum d'aire correspon a:
V v - V aigua = 0.000357 m 3 - 0.000353 m 3 = 0,000004 m 3
A = (V aire / V t) x 100% = (0,000004 m 3 / 0,000785 m 3) x 100% = 0,51%
referències
- Berry, P. Mecànica de Sòls. McGraw Hill.
- Construmática. Densitat Aparent. Recuperat de: construmatica.com.
- NRCS. Soil Bulk Density. Recuperat de: nrcs.usda.gov.
- UNAM. Departament d'Edafologia. Manual de procediments analítics de Física de Sòls. Recuperat de: geologia.unam.mx.
- Wikipedia. Bulk Density. Recuperat de: en.wikipedia.org.
- Wikipedia. Sòl. Recuperat de: en.wikipedia.org.