NÄKYVÄ TIHEYS: KAAVA, YKSIKÖT JA RATKAISUT TEHTÄVÄT - FYYSINEN - 2025

Näytteen näennäistiheys määritellään osuutena sen massan ja muuttumattoman tilavuuden välillä, joka sisältää kaikki sen sisältämät tilat tai huokoset. Jos näissä tiloissa on ilmaa, näennäistiheys ρ _b tai bulkkitiheys on:

ρ _b = massa / tilavuus = _hiukkasten massa + _ilman massa / _{hiukkasten määrä} + _ilman tilavuus

Kuva 1. Irtotiheys on erittäin tärkeä maaperien karakterisoimiseksi. Lähde: Wikimedia Commons.

Laskettaessa maanäytteen irtotiheyttä, se on esikuivattava uunissa 105 ºC: n lämpötilassa, kunnes massa on vakio, mikä osoittaa, että kaikki ilma on haihtunut.

Tämän määritelmän mukaan lasketaan maaperän näkyvä tiheys tai kuivatiheys seuraavasti:

ρ _s = paino kiinteiden elementtien / _Kiinteä tilavuus + _Pore tilavuus

Merkitsemällä M _{s: na} kuivapaino tai massa ja _Vt = V _s + V _p kokonaistilavuutena, kaava on:

ρ _s = M _s / V _t

yksiköt

Irtotiheyden yksiköt kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä ovat kg / m ³. Kuitenkin muita yksiköitä, kuten g / cm ³ ja megagrams / kuutiometri: Mg / m ³ myös laajalti käytetty.

Ilmeisen tiheyden käsite on erittäin hyödyllinen silloin, kun kyse on heterogeenisistä ja huokoisista materiaaleista, kuten maaperästä, koska se osoittaa muiden ominaisuuksien lisäksi niiden vedenpoisto- ja ilmastuskapasiteetin.

Esimerkiksi huonosti huokoisissa maaperäissä on suuri bulkkitiheys, ne ovat tiiviitä ja niillä on taipumus kastua helposti, toisin kuin huokoisissa maaperäissä.

Kun näytteen huokosissa on vettä tai muuta nestettä, tilavuus kuivauksen jälkeen pienenee, joten laskelmia suoritettaessa on tiedettävä alkuperäinen vesimäärä (katso ratkaistu esimerkki).

Maaperän tiheys

Materiaalien, mukaan lukien maaperä, näennäinen tiheys on hyvin vaihteleva, koska muotoon ja muotoon vaikuttavat tekijät, kuten tiivistymisaste, orgaanisen aineen läsnäolo, sen rakenne, rakenne, syvyys ja muut. huokostilojen määrä.

Maaperä määritellään epäorgaanisten seosten epäorgaanisista, orgaanisista aineista, ilmasta ja vedestä. Ne voivat olla hienoisia, keskikokoisia tai karkeita tekstuurin suhteen kosketukseen, kun taas komponenttihiukkaset voidaan järjestää eri tavoin, mikä tunnetaan rakenteena.

Hienolla, hyvin rakenteellisella maaperällä, jolla on korkea orgaanisen aineen osuus, on yleensä alhainen näennäistiheys. Päinvastoin, paksulla maaperällä, jolla on vähemmän orgaanista ainetta ja vähän rakennetta, on yleensä korkeammat arvot.

Näkyvä tiheys tekstuurin mukaan

Tekstuurin mukaan näennäistiheydellä on seuraavat arvot:

Rakenne	Ilmeinen tiheys (g / cm 3)
Hieno	1,00 - 1,30
Mediaani	1.30 - 1.50
Ällöttävä	1,50 - 1,70

Nämä arvot toimivat yleisenä referenssinä. Turvemaisissa maaperäissä, joissa on runsaasti kasvinjäännöksiä, näennäistiheys voi olla niinkin alhainen kuin 0,25 g / cm ³, jos se on tulivuoren mineraalimaata, se on noin 0,85 g / cm ³, kun taas hyvin tiivistetyssä maaperässä se saavuttaa 1,90 g / cm ³. cm ³.

Näkyvä tiheys syvyyden mukaan

Näennäinen tiheysarvo kasvaa myös syvyydellä, koska maaperä on yleensä tiiviimpi ja sen orgaanisen aineen prosenttimäärä on alhaisempi.

Maaston sisustus koostuu vaakasuorista kerroksista tai osista, joita kutsutaan horisonteiksi. Horizonilla on erilaiset rakenteet, koostumus ja tiivistyminen. Siksi ne esittävät vaihtelua näennäisen tiheyden suhteen.

Kuva 2. Maaperän profiili, joka näyttää erilaiset näkymät. Lähde: Wikimedia Commons.

Maaperän tutkimus perustuu sen profiiliin, joka koostuu erilaisista horisonteista, jotka seuraavat toisiaan säännöllisesti pystysuunnassa.

Kuinka mitata näkyvää tiheyttä?

Koska bulkkitiheyden variaatio on erittäin suuri, se on usein mitattava suoraan erilaisilla menetelmillä.

Yksinkertaisin tapa on ottaa näyte maaperästä, työntää siihen tietyn tilavuuden omaava avaruusmetallisylinteri ja varmistaa, että maa ei tiivisty. Uutettu näyte suljetaan kosteuden menetyksen tai ominaisuuksien muutoksen välttämiseksi.

Sitten laboratoriossa näyte uutetaan, punnitaan ja asetetaan sitten uuniin 105 ° C: seen kuivaamaan 24 tunniksi.

Vaikka se on yksinkertaisin tapa löytää maaperän kuivatiheys, sitä ei suositella maaperille, joissa on erittäin löysät pintarakenteet tai täynnä kiviä.

Näille on suositeltava menetelmä reiän kaivamiseksi ja uutetun maan säästämiseksi, joka on näyte kuivua. Näytteen tilavuus määritetään kaatamalla kuivaa hiekkaa tai vettä kaivettuun reikään.

Joka tapauksessa näytteestä on mahdollista määrittää maaperän erittäin mielenkiintoiset ominaisuudet sen karakterisoimiseksi. Seuraava ratkaistu harjoitus kuvaa kuinka se tehdään.

Harjoitus ratkaistu

Näytesylinteristä otetaan 100 mm pituinen savinäyte, jonka sisähalkaisija on myös 100 mm. Kun punnittiin, saatiin 1531 g massa, joka kuivuttuaan pelkistettiin 1178 g: ksi. Hiukkasten ominaispaino on 2,75. Sitä pyydetään laskemaan:

a) Näytteen irtotiheys

b) Kosteuspitoisuus

c) Huokossuhde

d) Kuivatiheys

e) Kyllästymisaste

f) Ilmapitoisuus

Ratkaisu

Muuttumaton tilavuus _Vt on näytteen alkuperäinen tilavuus. Sylinterille, jonka halkaisija on D ja korkeus h, tilavuus on:

V _sylinteri = V _t = pinta-ala emäksen x korkeus = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Lausunnossa todetaan, että näytteen massa on M _s = 1531 g, siksi alussa olevan yhtälön mukaan:

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

Ratkaisu b

Koska meillä on alkuperäinen massa ja kuiva massa, näytteen sisältämän veden massa on näiden kahden erotus:

M _vesi = 1531 g - 1178 g = 353 g

Näytteen kosteusprosentti lasketaan seuraavasti:

% Kosteus = (_veden / Ms massa) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Ratkaisu c

Huokostilavuuden löytämiseksi näytteen kokonaistilavuus V _t on jaoteltava:

V _t = V _hiukkasten + _huokosten tilavuus

Hiukkasten käyttämä tilavuus saadaan kuivasta massasta ja ominaispainosta, lausunnosta saadut tiedot. Ominaispaino s _g on jako materiaalin tiheyden ja vesitiheyden välillä normaaleissa olosuhteissa, joten materiaalin tiheys on:

ρ = s _g x ρ _vettä = 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

Näytteen huokostilavuus on V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³.

Huokossuhde e on:

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

Ratkaisu d

Näytteen kuivatiheys lasketaan johdannossa esitetyllä tavalla:

ρ _s = paino kiinteiden elementtien / Volume _{kiintoaineiden} + Volume _huokoset = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Ratkaisu e

Kyllästymisaste on S = (V _vet / V _v) x 100%. Koska tiedämme näytteen b alakohdassa lasketun veden massan ja sen tiheyden, sen tilavuus lasketaan välittömästi:

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

Toisaalta tyhjiötilavuus laskettiin kohdassa c)

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

Ratkaisu f

Lopuksi ilman prosentuaalinen pitoisuus on A = (V _ilma / V _t) x 100%. Ilmatilavuus vastaa:

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

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

Viitteet

1. Berry, P. Maaperän mekaniikka. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Näennäinen tiheys. Palautettu osoitteesta: construmatica.com.
3. NRC. Maaperän massatiheys. Palautettu: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Edafologian osasto. Maaperän fysiikan analyyttisten menettelytapojen käsikirja. Palautettu: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Irtotiheys. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Lattia. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.