ВИДИМА ЩІЛЬНІСТЬ: ФОРМУЛА, ОДИНИЦІ ТА РОЗВ’ЯЗАНІ ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Удавана щільність зразка визначаються як частка від ділення між його масою і обсягом незміненим, який включає в себе всі простори або пори , які вона містить. Якщо в цих просторах є повітря, видима густина ρ _b або об'ємна щільність:

ρ _b = Маса / Об'єм = Маса _{частинок} + Маса _{повітря} / Об'єм _{частинок} + Об'єм _{повітря}

Малюнок 1. Насипна щільність дуже важлива для характеристики ґрунтів. Джерело: Wikimedia Commons.

Підраховуючи об'ємну щільність ґрунтового зразка, його слід попередньо просушити в духовці при температурі 105 ° С до тих пір, поки маса не буде постійною, що свідчить про те, що все повітря випарувалося.

Згідно з цим визначенням видима щільність ґрунтів або суха щільність обчислюється таким чином:

ρ _s = Вага твердих елементів / Об'єм _{твердого тіла} + Об'єм _пори

Позначаючи як M _s суху масу або масу і V _t = V _s + V _p як загальний об'єм, формула така:

ρ _s = M _s / V _t

Одиниці

Одиниці об'ємної щільності в Міжнародній системі одиниць складають кг / м ³ . Однак широко застосовуються й інші одиниці, такі як г / см ³ та мегаграм / кубічний метр: Мг / м ³ .

Концепція уявної щільності дуже корисна, якщо мова йде про різнорідні та пористі матеріали, такі як ґрунти, оскільки це свідчить про їх дренажну та аераційну здатність, серед інших якостей.

Наприклад, погано пористі ґрунти мають високу насипну щільність, компактні і схильні легко поливати, на відміну від пористих грунтів.

Коли в порах зразка є вода або інша рідина, об'єм після висихання зменшується, тому при здійсненні розрахунків необхідно знати вихідну пропорцію води (див. Розв’язаний приклад).

Насипна щільність ґрунту

Удавана щільність матеріалів загалом, включаючи ґрунт, дуже мінлива, оскільки існують такі фактори, як ступінь ущільнення, наявність органічної речовини, її текстура, структура, глибина та інші, які впливають на форму і форму. кількість проміжків часу.

Ґрунти визначаються як різнорідна суміш неорганічних речовин, органічних речовин, повітря та води. Вони можуть мати дрібну, середню або грубу текстуру на дотик, тоді як складові частинки можуть бути розташовані різними способами, параметр, відомий як структура.

Тонкі, добре структуровані ґрунти з високим відсотком органічних речовин мають низькі значення видимої щільності. Навпаки, товсті ґрунти з менш органічною речовиною та малою структурою мають тенденцію до більш високих значень.

Видима щільність за текстурою

За своєю текстурою видима щільність має такі значення:

Текстура	Помітна щільність (г / см 3 )
Чудово	1,00 - 1,30
Середня	1,30 - 1,50
Валовий	1,50 - 1,70

Ці значення служать загальною орієнтиром. У торф'янистих ґрунтах, багатих рослинними залишками, видима щільність може становити не менше 0,25 г / см ³ , якщо це вулканічний мінеральний ґрунт, вона становить приблизно 0,85 г / см ³ , тоді як у дуже ущільнених ґрунтах вона досягає 1,90 г / см ³ .

Видима щільність відповідно до глибини

Значне значення щільності також збільшується з глибиною, оскільки грунт, як правило, більш ущільнений і містить менший відсоток органічних речовин.

Внутрішня частина місцевості складається з горизонтальних шарів або прошарків, званих горизонтами. Горизонти мають різні текстури, склад та ущільнення. Тому вони представляють різницю по відношенню до видимої щільності.

Малюнок 2. Профіль ґрунту, що показує різні горизонти. Джерело: Wikimedia Commons.

Вивчення ґрунту ґрунтується на його профілі, який складається з різних горизонтів, які впорядковуються вертикально.

Як виміряти видиму щільність?

Оскільки мінливість насипної щільності дуже велика, її часто доводиться вимірювати безпосередньо різними процедурами.

Найпростіший метод - це витяг зразка з ґрунту, вставляючи в нього трохи просторового металевого циліндра відомого обсягу і не допускаючи ущільнення ґрунту. Вилучений зразок герметизують, щоб уникнути втрати вологості або зміни характеристик.

Потім в лабораторії зразок витягують, зважують і потім поміщають у духовку при 105 ° С для сушіння протягом 24 годин.

Хоча це найпростіший спосіб знайти суху щільність ґрунту, він не є найбільш рекомендованим для ґрунтів з дуже пухкою текстурою або повним камінням.

Для цього кращим є спосіб викопування ями та збереження видобутої землі, яка буде зразком висихати. Об'єм зразка визначається насипом сухого піску або води в викопану яму.

У будь-якому випадку із зразка можна визначити дуже цікаві властивості ґрунту для характеристики його. Наступна розв’язана вправа описує, як це зробити.

Вправа вирішена

Зразок глини довжиною 100 мм береться з циліндра зразка, внутрішній діаметр якого також 100 мм. При зважуванні отримували масу 1531 г, яка після висихання знижувалася до 1178 р. Питома вага частинок становить 2,75. Просять обчислити:

а) Об'ємна щільність зразка

б) Вміст вологи

в) Коефіцієнт порожнеч

г) щільність сухості

д) Ступінь насичення

f) Вміст повітря

Рішення для

Незмінений об'єм V _t - вихідний об'єм зразка. Для циліндра діаметром D і висоти h об'єм становить:

У _{циліндрі} = V _т = Площа бази х висота = πD ² /4 = π х (100 х 10 ^-3 м) ² х 100 х 10 ^-3 м / 4 = 0,000785 м ³

У заяві зазначається, що маса зразка M _s = 1531 г, тому згідно рівняння, поданого на початку:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 г / 0.000785 м ³ = 1950 р. 319 г / м ³ = 1,95 Мг / м ³

Рішення b

Оскільки у нас є вихідна маса і суха маса, то маса води, що міститься в пробі, є різницею цих двох:

М _вода = 1531 г - 1178 г = 353 г

Відсоток вологи у зразку розраховується так:

% Вологи = (маса _води / мс) х 100% = (353 г / 1178 г) = 29. 97%

Розв’язання c

Щоб знайти коефіцієнт порожнечі, загальний об'єм зразка V _t повинен бути розбитий на:

V _t = V _{частинок} + об'єм _пір

Об'єм, зайнятий частинками, отримують із сухої маси та питомої ваги, дані, отримані з твердження. Питома вага s _g є коефіцієнтом між щільністю матеріалу та густиною води за стандартних умов, тому щільність матеріалу становить:

ρ = s _g x ρ _вода = 2,75 х 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

Об'єм порожнеч у зразку - V _v = V _t - V _s = 0,000785 м ³ - 0,000428 м ³ = 0,000357 м ³ .

Коефіцієнт порожнечі e дорівнює:

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

Рішення d

Суха щільність зразка розраховується, як зазначено у введенні:

ρ _s = Вага твердих елементів / Об'єм _{твердих тіл} + Об'єм _пір = 1178 г / 0,000785 м ³ = 1,5 Мг / м ³

Рішення e

Ступінь насичення S = (V _вода / V _v ) х 100%. Оскільки нам відома маса води в зразку, обчислена в пункті b) та її густина, то обчислення її об'єму є негайним:

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

З іншого боку, об'єм порожнеч був обчислений у пункті c)

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

Рішення f

Нарешті, відсотковий вміст повітря становить A = (V _{повітря} / V _t ) х 100%. Об'єм повітря відповідає:

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

A = (V _{повітря} / V _t ) x 100% = (0,000004 м ³ / 0,000785 м ³ ) x100% = 0,51%

Список літератури

1. Беррі, П. Механіка ґрунтів. McGraw Hill.
2. Конструматика. Видима щільність. Відновлено з сайту: construmatica.com.
3. NRCS. Об'ємна щільність ґрунту. Відновлено з: nrcs.usda.gov.
4. УНАМ. Кафедра едафології. Керівництво з аналітичних процедур з фізики ґрунтів. Відновлено з: geologia.unam.mx.
5. Вікіпедія. Об'ємна щільність. Відновлено з: en.wikipedia.org.
6. Вікіпедія. Підлога. Відновлено з: en.wikipedia.org.