Das scheinbare Dichte einer Probe ist definiert als der Quotient zwischen ihrer Masse und dem unveränderten Volumen, der alle darin enthaltenen Räume oder Poren enthält. Befindet sich in diesen Räumen Luft, ist die scheinbare Dichte ρb, oder Schüttdichte es ist:
ρb = Masse / Volumen = Masse Partikel + Masse Luft /Volumen Partikel+ Volumen Luft
Wenn die scheinbare Dichte einer Bodenprobe berechnet wird, muss sie zuvor in einem Ofen bei 105 ° C getrocknet werden, bis die Masse konstant ist, was darauf hinweist, dass die gesamte Luft verdampft ist..
Nach dieser Definition ist die scheinbare Dichte der Böden oder trockene Dichte, es wird folgendermaßen berechnet:
ρs = Gewicht der festen Elemente / Volumen solide + Volumen Poren
Bezeichnet als M.s Gewicht oder Masse zu trocknen und V.t = V.s + V.p Als Gesamtvolumen lautet die Formel:
ρs = M.s / V.t
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Die Einheiten der Schüttdichte im Internationalen Einheitensystem betragen kg / m3. Andere Einheiten wie g / cm3 und Megagramme / Kubikmeter: Mg / m3 sind auch weit verbreitet.
Das Konzept der scheinbaren Dichte ist sehr nützlich, wenn es um heterogene und poröse Materialien wie Böden geht, da es unter anderem auf ihre Entwässerungs- und Belüftungskapazität hinweist..
Beispielsweise haben niedrigporöse Böden hohe Schüttdichten, sind kompakt und neigen im Gegensatz zu porösen Böden dazu, leicht zu fluten..
Befindet sich Wasser oder eine andere Flüssigkeit in den Poren der Probe, nimmt das Volumen nach dem Trocknen ab. Daher ist es bei den Berechnungen erforderlich, den ursprünglichen Wasseranteil zu kennen (siehe aufgelöstes Beispiel)..
Die scheinbare Dichte von Materialien im Allgemeinen, einschließlich des Bodens, ist sehr unterschiedlich, da Faktoren wie der Verdichtungsgrad, das Vorhandensein organischer Stoffe, ihre Textur, Struktur, Tiefe und andere die Form und Menge beeinflussen von Porenräumen.
Böden sind definiert als heterogene Mischung aus anorganischen Substanzen, organischen Substanzen, Luft und Wasser. Bei Berührung können sie sein Textur fein, mittel oder grob, während die Komponentenpartikel auf verschiedene Arten angeordnet werden können, ein Parameter, der als bekannt ist Struktur.
Feine, gut strukturierte Böden mit einem hohen Anteil an organischer Substanz weisen tendenziell niedrige Werte der scheinbaren Dichte auf. Im Gegenteil, dicke Böden mit weniger organischer Substanz und geringer Struktur weisen tendenziell höhere Werte auf.
Entsprechend ihrer Textur hat die scheinbare Dichte die folgenden Werte:
| Textur | Scheinbare Dichte (g / cm3) |
|---|---|
| Fein | 1,00 - 1,30 |
| Median | 1,30 - 1,50 |
| Brutto | 1,50 - 1,70 |
Diese Werte dienen als allgemeine Referenz. In torfigen Böden, die reich an Pflanzenresten sind, kann die scheinbare Dichte nur 0,25 g / cm betragen3, Wenn es sich um einen vulkanischen Mineralboden handelt, liegt er bei etwa 0,85 g / cm3, in sehr verdichteten Böden erreicht es 1,90 g / cm3.
Der scheinbare Dichtewert nimmt auch mit der Tiefe zu, da der Boden im Allgemeinen stärker verdichtet ist und einen geringeren Anteil an organischer Substanz aufweist..
Das Innere des Geländes besteht aus horizontalen Schichten oder Schichten, die genannt werden Horizonte. Horizonte haben unterschiedliche Texturen, Kompositionen und Verdichtungen. Daher variieren sie hinsichtlich der scheinbaren Dichte.
Eine Bodenuntersuchung basiert auf seiner Profil, welches aus verschiedenen Horizonten besteht, die in einer geordneten vertikalen Weise auftreten.
Da die Variabilität der Schüttdichte sehr groß ist, muss sie häufig direkt mit verschiedenen Verfahren gemessen werden..
Die einfachste Methode besteht darin, eine Probe aus dem Boden zu entnehmen, einen Bohrer mit einem Metallzylinder mit bekanntem Volumen in den Boden einzuführen und darauf zu achten, dass der Boden nicht verdichtet wird. Die extrahierte Probe wird versiegelt, um Feuchtigkeitsverlust oder Veränderung der Eigenschaften zu vermeiden.
Dann wird im Labor die Probe extrahiert, gewogen und dann in einen Ofen bei 105 ° C gestellt, um 24 Stunden lang zu trocknen..
Obwohl es der einfachste Weg ist, die Trockendichte des Bodens zu ermitteln, ist es nicht der am meisten empfohlene Weg für Böden mit sehr lockeren Texturen oder voller Steine..
Für diese ist die Methode zum Graben eines Lochs und zum Speichern der extrahierten Erde vorzuziehen, bei der es sich um die zu trocknende Probe handelt. Das Volumen der Probe wird durch Gießen von trockenem Sand oder Wasser in das gegrabene Loch bestimmt.
In jedem Fall ist es möglich, aus der Probe sehr interessante Eigenschaften des Bodens zu bestimmen, um ihn zu charakterisieren. Die folgende gelöste Übung beschreibt, wie es geht.
Aus dem Probenzylinder wird eine Tonprobe mit einer Länge von 100 mm entnommen, deren Innendurchmesser ebenfalls 100 mm beträgt. Beim Wiegen wurde eine Masse von 1531 g erhalten, die nach dem Trocknen auf 1178 g reduziert wurde. Das spezifische Gewicht der Partikel beträgt 2,75. Es wird gebeten zu berechnen:
a) Die Schüttdichte der Probe
b) Feuchtigkeitsgehalt
c) Das Hohlraumverhältnis
d) Trockendichte
e) Der Sättigungsgrad
f) Luftgehalt
Die Lautstärke ohne Änderung von V.t ist das ursprüngliche Volumen der Probe. Für einen Zylinder mit Durchmesser D und Höhe h beträgt das Volumen:
V. Zylinder = V.t = Grundfläche x Höhe = πDzwei/ 4 = π x (100 x 10-3 m)zwei x 100 x 10 -3 m / 4 = 0,000785 m3
Die Aussage besagt, dass die Masse der Probe M ists = 1531 g, also gemäß der am Anfang angegebenen Gleichung:
ρb = M.s / V.t = 1531 g / 0,000785 m3 = 1950 319 g / m3 = 1,95 Mg / m3
Da wir die ursprüngliche Masse und die Trockenmasse haben, ist die Masse des in der Probe enthaltenen Wassers die Differenz dieser beiden:
M. Wasser = 1531 g - 1178 g = 353 g
Der prozentuale Feuchtigkeitsgehalt der Probe wird wie folgt berechnet:
% Luftfeuchtigkeit = (Masse Wasser / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%
Um das Hohlraumverhältnis zu ermitteln, muss das Gesamtvolumen der Probe V aufgeschlüsselt werdent auf:
V. t = V. Partikel + Volumen Poren
Das von den Partikeln eingenommene Volumen ergibt sich aus der Trockenmasse und dem spezifischen Gewicht, Daten aus der Aussage. Das spezifische Gewicht sG ist der Quotient zwischen der Dichte des Materials und der Dichte des Wassers unter Standardbedingungen, daher ist die Dichte des Materials:
ρ = sG x ρWasser = 2,75 · 1 g / cm3 = 2,75 g / cm3
ρ = M.s / V.s → V.s = 1,178 g / 2,75 g / cm3 = 0,428 cm3 = 0,000428 m3
Das Volumen der Hohlräume in der Probe beträgt V.v = V.t - V.s = 0,000785 m3 - 0,000428 m3 = 0,000357 m3.
Das Hohlraumverhältnis und es ist:
e = V.v / V.s = 0,000357 m3 / 0,000428 m3 = 0,83
Die Trockendichte der Probe wird wie in der Einleitung angegeben berechnet:
ρs = Gewicht der festen Elemente / Volumen solide + Volumen Poren= 1178 g / 0,000785 m3 = 1,5 Mg / m3
Der Sättigungsgrad ist S = (V.Wasser / V.v ) x 100%. Da wir die in Punkt b) berechnete Wassermasse in der Probe und ihre Dichte kennen, erfolgt die Berechnung ihres Volumens sofort:
ρWasser = M.Wasser / V. Wasser → V.Wasser = 353 g / 1 g / cm3 = 353 cm3 = 0,000353 m3
Andererseits wurde das Volumen der Hohlräume in Punkt c) berechnet.
S = (0,000353 m3 / 0,000357 m3) x 100% = 98,9%
Schließlich ist der prozentuale Luftgehalt A = (V.Luft / V.t) x 100%. Das Luftvolumen entspricht:
V.v - V.Wasser = 0,000357 m3 - 0,000353 m3 = 0,000004 m3
A = (V.Luft / V.t) x 100% = (0,000004 m3/ 0,000785 m3) x 100% = 0,51%
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