GÖRÜNEN YOĞUNLUK: FORMÜL, BIRIMLER VE ÇÖZÜLMÜŞ ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Görünür yoğunluk , bir numunenin tüm boşluklar içeren veya içerdiği gözenekler kütlesi ve değiştirilmemiş hacmi arasındaki bölüm olarak tanımlanır. Bu boşluklarda hava varsa, görünen yoğunluk ρ _b veya yığın yoğunluğu:

ρ _b = Kütle / Hacim = _Parçacık kütlesi + _Hava kütlesi / _Parçacık hacmi + _Hava hacmi

Şekil 1. Toprağı karakterize etmek için yığın yoğunluğu çok önemlidir. Kaynak: Wikimedia Commons.

Bir toprak numunesinin yığın yoğunluğu hesaplanırken, tüm havanın buharlaştığını gösteren kütle sabit olana kadar 105 ºC'de fırında önceden kurutulmalıdır.

Bu tanıma göre, toprakların görünen yoğunluğu veya kuru yoğunluğu şu şekilde hesaplanır:

ρ _s = Katı elementlerin ağırlığı / _Katı hacim + _Gözenek hacmi

M _s kuru ağırlık veya kütle ve V _t = V _s + V _p toplam hacim olarak ifade edilerek formül şu şekildedir:

ρ _s = M _s / V _t

Birimler

Uluslararası Birim Sistemde yığın yoğunluğu birimi kg / m ³ . Bununla birlikte, g / cm ³ ve megagram / metreküp: Mg / m ³ gibi diğer birimler de yaygın olarak kullanılmaktadır.

Görünür yoğunluk kavramı, toprak gibi heterojen ve gözenekli malzemeler söz konusu olduğunda çok kullanışlıdır, çünkü diğer özelliklerinin yanı sıra drenaj ve havalandırma kapasitelerinin göstergesi olur.

Örneğin, zayıf gözenekli topraklar yüksek hacim yoğunluğuna sahiptir, kompakttır ve gözenekli toprakların aksine kolayca su verme eğilimindedir.

Numunenin gözeneklerinde su veya başka bir sıvı olduğunda, kuruduktan sonraki hacim azalır, bu nedenle hesaplamalar yapılırken orijinal su oranının bilinmesi gerekir (çözümlenmiş örneğe bakın).

Toprak yığın yoğunluğu

Sıkıştırma derecesi, organik maddenin varlığı, dokusu, yapısı, derinliği ve diğer şekil ve şekli etkileyen faktörler olduğundan, genel olarak toprak dahil materyallerin görünen yoğunluğu oldukça değişkendir. gözenek boşluklarının miktarı.

Topraklar, inorganik maddeler, organik maddeler, hava ve suyun heterojen bir karışımı olarak tanımlanır. Dokunulduğunda doku olarak ince, orta veya kaba olabilirler, bileşen parçacıkları ise yapı olarak bilinen bir parametre olan çeşitli şekillerde düzenlenebilir.

Yüksek organik madde yüzdesine sahip ince, iyi yapılandırılmış topraklar, düşük görünür yoğunluk değerlerine sahip olma eğilimindedir. Aksine, daha az organik madde ve az yapıya sahip kalın topraklar daha yüksek değerlere sahip olma eğilimindedir.

Dokuya göre görünen yoğunluk

Dokusuna göre görünen yoğunluk aşağıdaki değerlere sahiptir:

Doku	Görünen Yoğunluk (g / cm 3 )
İnce	1.00 - 1.30
Medyan	1.30 - 1.50
Brüt	1,50 - 1,70

Bu değerler genel bir referans görevi görür. Bitki artıkları bol olan turbalı topraklarda görünür yoğunluk 0.25 g / cm ³ kadar düşük olabilir , volkanik mineral toprak ise 0.85 g / cm ^{3 civarındayken} , çok sıkıştırılmış topraklarda 1.90 g / cm3'e ulaşır. cm ³ .

Derinliğe göre görünen yoğunluk

Görünür yoğunluk değeri, toprak genellikle daha yoğun olduğundan ve daha düşük organik madde yüzdesine sahip olduğundan derinlikle birlikte artar.

Arazinin içi, ufuk adı verilen yatay katmanlardan veya katmanlardan oluşur. Ufukların farklı dokuları, bileşimleri ve sıkıştırmaları vardır. Bu nedenle görünür yoğunluk açısından çeşitlilik gösterirler.

Şekil 2. Farklı ufukları gösteren bir zemin profili. Kaynak: Wikimedia Commons.

Toprağın incelenmesi, birbirini düzenli bir şekilde dikey bir şekilde takip eden çeşitli ufuklardan oluşan profiline dayanmaktadır.

Görünür yoğunluk nasıl ölçülür?

Yığın yoğunluğundaki değişkenlik çok büyük olduğundan, genellikle çeşitli prosedürlerle doğrudan ölçülmesi gerekir.

En basit yöntem, topraktan bir numune almak, içine hacmi bilinen bir uzay metal silindiri ile bir parça yerleştirmek ve toprağı sıkıştırmamaya dikkat etmektir. Ekstrakte edilen numune, nem kaybını veya özelliklerin değişmesini önlemek için mühürlenir.

Daha sonra laboratuvarda numune ekstrakte edilir, tartılır ve daha sonra 24 saat kuruması için 105ºC'de bir fırına yerleştirilir.

Toprağın kuru yoğunluğunu bulmanın en basit yolu olmasına rağmen, çok gevşek dokulu veya taş dolu topraklar için en çok tavsiye edilen yöntem değildir.

Bunlar için, bir çukur kazma ve çıkarılan toprağı kurtarma yöntemi tercih edilir, bu da kurutulacak numune olacaktır. Kazılan deliğe kuru kum veya su dökülerek numune hacmi belirlenir.

Her durumda, numuneden, onu karakterize etmek için toprağın çok ilginç özelliklerini belirlemek mümkündür. Aşağıdaki çözülmüş egzersiz, bunun nasıl yapılacağını açıklamaktadır.

Egzersiz çözüldü

İç çapı da 100 mm olan numune silindirinden 100 mm uzunluğunda bir kil numunesi alınır. Tartıldığında, 1531 gr'lık bir kütle elde edildi ve bu, kuruyunca 1178 gr'a indirildi. Parçacıkların özgül ağırlığı 2.75'tir. Hesaplanması istenir:

a) Numunenin yığın yoğunluğu

b) Nem içeriği

c) Boşluk oranı

d) Kuru yoğunluk

e) Doygunluk derecesi

f) Hava içeriği

Çözüm

Değiştirilmemiş hacım V _t numunenin orijinal hacmidir. D çapında ve h yüksekliğinde bir silindir için hacim:

V _silindir = V _t baz x yükseklik = πD ait = Konum ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Açıklama, numunenin kütlesinin M _s = 1531 g olduğunu belirtir , bu nedenle başlangıçta verilen denkleme göre:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0.000785 m ³ = 1950319 g / m ³ = 1.95 Mg / m ³

Çözüm b

Orijinal kütleye ve kuru kütleye sahip olduğumuz için, numunede bulunan suyun kütlesi bu ikisinin farkıdır:

M _su = 1531 g - 1178 g = 353 g

Numunedeki nem yüzdesi şu şekilde hesaplanır:

% Nem = ( _Su kütlesi / Ms) x% 100 = (353 g / 1178 g) = 29% 97

Çözüm c

Boşluk oranı bulmak için, örnek V toplam hacmi _t parçalanarak dağılması gereken içine:

V _t = V _{parçacıklar} + _gözenek hacmi

Parçacıkların kapladığı hacim kuru kütle ve özgül ağırlık verilerinden elde edilir, ifadeden elde edilen veriler. Spesifik ağırlık s _g , standart koşullar altında malzemenin yoğunluğu ile su yoğunluğu arasındaki orandır, bu nedenle malzemenin yoğunluğu:

ρ = s _g x ρ _su = 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

Örnek boşlukların hacmi V _v = V _t - V _s = 0.000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Boşluk oranı e:

e = V _v / V _s = 0.000357 m ³ / 0,000428 m ³ = 0.83

Çözüm d

Numunenin kuru yoğunluğu, girişte belirtildiği gibi hesaplanır:

ρ _s = Katı elementlerin ağırlığı / _Katıların hacmi + Hacim _gözenekleri = 1178 g / 0.000785 m ³ = 1.5 Mg / m ³

Çözüm e

Doygunluk derecesi S = (V _su / V _v ) x% 100'dür. B) maddesinde hesaplanan numunedeki su kütlesini ve yoğunluğunu bildiğimiz için, hacminin hesaplanması hemen yapılır:

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

Öte yandan, boşlukların hacmi c) maddesinde hesaplanmıştır.

S = (0.000353 m ³ / 0,000357 m ³ )% 100 =% 98.9 x

Çözüm f

Son olarak, havanın yüzde içeriği A = (V _hava / V _t ) x% 100'dür. Hava hacmi şunlara karşılık gelir:

V _v - V _su = 0.000357 m ³ - 0.000353 m ³ = 0.000004 m ³

A = (V _{, hava} / V _t )% 100 = (0,000004 m x ³ / 0,000785 m ³ ) x% 100 =% 0.51

Referanslar

1. Berry, P. Zemin Mekaniği. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Görünen yoğunluk. Construmatica.com'dan kurtarıldı.
3. NRCS. Toprak Kütle Yoğunluğu. Kurtarıldı: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Edafoloji Bölümü. Toprak Fiziği Analitik Prosedürler Kılavuzu. Kurtarıldı: geologia.unam.mx.
5. Vikipedi. Kütle yoğunluğu. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.
6. Vikipedi. Zemin. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.