DENSITÀ APPARENTE: FORMULA, UNITÀ ED ESERCIZI RISOLTI - FISICO - 2024

La densità apparente di un campione è definita come il quoziente tra la sua massa e il volume inalterato, che comprende tutti gli spazi o pori che contiene. Se c'è aria in questi spazi, la densità apparente ρ _b , o densità apparente è:

ρ _b = Massa / Volume = Massa delle _particelle + Massa _dell'aria / Volume delle _particelle + Volume _dell'aria

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

Quando si calcola la densità apparente di un campione di terreno, deve essere pre-essiccato in un forno a 105 ° C fino a quando la massa è costante, indicando che tutta l'aria è evaporata.

Secondo questa definizione, la densità apparente dei suoli o densità secca, viene calcolata in questo modo:

ρ _s = Peso degli elementi solidi / Volume _solido + Volume dei _pori

Denotando come M _s il peso secco o massa e V _t = V _s + V _p come volume totale, la formula è:

ρ _s = M _s / V _t

unità

Le unità di densità apparente nel Sistema internazionale di unità sono kg / m ³ . Tuttavia, anche altre unità come g / cm ³ e megagrammi / metro cubo: Mg / m ^{3 sono} ampiamente utilizzate.

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

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

Quando c'è acqua o un altro fluido nei pori del campione, il volume dopo l'essiccazione diminuisce, quindi, quando si effettuano i calcoli, è necessario conoscere la proporzione di acqua originale (vedi esempio risolto).

Densità apparente del suolo

La densità apparente dei materiali in generale, compreso il suolo, è molto variabile, poiché vi sono fattori come il grado di compattazione, la presenza di materia organica, la sua consistenza, struttura, profondità e altri, che influenzano la forma e la forma. quantità di spazi dei pori.

I terreni sono definiti come una miscela eterogenea di sostanze inorganiche, sostanze organiche, aria e acqua. Possono essere di tessitura fine, media o grossolana al tatto, mentre le particelle componenti possono essere disposte in vari modi, un parametro noto come struttura.

I terreni fini, ben strutturati con un'alta percentuale di sostanza organica tendono ad avere valori bassi di densità apparente. Al contrario, i terreni spessi, con meno materia organica e poca struttura, tendono ad avere valori più alti.

Densità apparente in base alla tessitura

In base alla sua consistenza, la densità apparente ha i seguenti valori:

Struttura	Densità apparente (g / cm 3 )
bene	1.00 - 1.30
Mediano	1,30 - 1,50
Schifoso	1.50 - 1.70

Questi valori servono come riferimento generale. Nei terreni torbosi, abbondanti di residui vegetali, la densità apparente può arrivare fino a 0,25 g / cm ³ , se si tratta di un terreno minerale di origine vulcanica si aggira intorno a 0,85 g / cm ³ , mentre in terreni molto compatti raggiunge 1,90 g / cm ³ .

Densità apparente in base alla profondità

Il valore della densità apparente aumenta anche con la profondità, poiché il terreno è generalmente più compattato e ha una percentuale inferiore di sostanza organica.

L'interno del terreno è composto da strati o strati orizzontali, chiamati orizzonti. Gli orizzonti hanno diverse trame, composizione e compattazione. Presentano quindi variazioni in termini di densità apparente.

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

Lo studio del suolo si basa sul suo profilo, costituito da vari orizzonti che si susseguono in maniera ordinata verticale.

Come misurare la densità apparente?

Poiché la variabilità della densità apparente è molto ampia, spesso deve essere misurata direttamente con varie procedure.

Il metodo più semplice è quello di estrarre un campione dal terreno, inserendone un po 'con un cilindro metallico spaziale di volume noto e facendo attenzione a non compattare il terreno. Il campione estratto viene sigillato, per evitare perdite di umidità o alterazioni delle caratteristiche.

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

Sebbene sia il modo più semplice per trovare la densità secca del terreno, non è il più consigliato per terreni con tessiture molto sciolte o pieni di pietre.

Per questi è preferibile il metodo per scavare una buca e salvare la terra estratta, che sarà il campione da essiccare. Il volume del campione viene determinato versando sabbia asciutta o acqua nel foro scavato.

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

Esercizio risolto

Dal cilindro del campione viene prelevato un campione di argilla della lunghezza di 100 mm, il cui diametro interno è anch'esso di 100 mm. Alla pesata si è ottenuta una massa di 1531 g, che una volta essiccata è stata ridotta a 1178 g. Il peso specifico delle particelle è 2,75. Viene chiesto di calcolare:

a) La densità apparente del campione

b) Contenuto di umidità

c) Il rapporto dei vuoti

d) Densità a secco

e) Il grado di saturazione

f) Contenuto d'aria

Soluzione a

Il volume inalterato V _t è il volume originale del campione. Per un cilindro di diametro D e altezza h, il volume è:

V _cilindro = V _t = Area della base x altezza = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000,785 mila m ³

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

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Soluzione b

Poiché abbiamo la massa originale e la massa secca, la massa dell'acqua contenuta nel campione è la differenza di queste due:

M _acqua = 1531 g - 1178 g = 353 g

La percentuale di umidità nel campione si calcola come segue:

% Umidità = (massa di _acqua / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%

Soluzione c

Per trovare il rapporto dei vuoti, il volume totale del campione V _t deve essere suddiviso in:

V _t = V _particelle + volume dei _pori

Il volume occupato dalle particelle si ottiene dalla massa secca e dal peso specifico, dati ottenuti dalla dichiarazione. Il peso specifico s _g è il quoziente tra la densità del materiale e la densità dell'acqua in condizioni standard, quindi la densità del materiale è:

ρ = s _g x ρ _acqua = 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

Il volume dei vuoti nel campione è V _v = V _t - V _s = 0.000785 m ³ - 0.000428 m ³ = 0.000357 m ³ .

Il rapporto dei vuoti e è:

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

Soluzione d

La densità a secco del campione si calcola come indicato in premessa:

ρ _s = Peso degli elementi solidi / Volume _solidi + Volume _pori = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Soluzione e

Il grado di saturazione è S = (V _acqua / V _v ) x 100%. Poiché conosciamo la massa d'acqua nel campione, calcolata al punto b) e la sua densità, il calcolo del suo volume è immediato:

ρ _acqua = M _acqua / V _acqua → V _acqua = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0.000353 m ³

D'altra parte, il volume dei vuoti è stato calcolato al punto c)

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

Soluzione f

Infine, il contenuto percentuale di aria è A = (V _aria / V _t ) x 100%. Il volume d'aria corrisponde a:

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

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

Riferimenti

1. Berry, P. Meccanica del suolo. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Densità apparente. Estratto da: construmatica.com.
3. NRCS. Densità apparente del suolo. Estratto da: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Dipartimento di Edafologia. Manuale delle procedure analitiche di fisica del suolo. Estratto da: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Densità in serie. Estratto da: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Pavimento. Estratto da: en.wikipedia.org.