Densidade aparente: fórmula, unidades e exercícios resolvidos - Ciência - 2023

Contente

• Unidades
• Densidade aparente do solo
• Densidade aparente de acordo com a textura
• Densidade aparente de acordo com a profundidade
• Como medir a densidade aparente?
• Exercício resolvido
• Solução para
• Solução b
• Solução c
• Solução d
• Solução e
• Solução f
• Referências

o densidade aparente de uma amostra é definido como o quociente entre sua massa e o volume inalterado, que inclui todos os espaços ou poros que contém. Se houver ar nesses espaços, a densidade aparente ρ_b, ou densidade aparente isto é:

ρ_b = Massa / Volume = Massa _partículas + Missa _ar /Volume _partículas+ Volume _ar

No cálculo da densidade aparente de uma amostra de solo, deve-se pré-secar em uma estufa a 105 ºC até que a massa fique constante, indicando que todo o ar evaporou.

De acordo com esta definição, a densidade aparente dos solos oudensidade seca, é calculado da seguinte maneira:

ρ_s = Peso de elementos sólidos / Volume _sólido + Volume _poros

Denotando como M_s ao peso seco ou massa e V_t = V_s + V_p como o volume total, a fórmula é:

ρ_s = M_s / V_t

Unidades

As unidades de densidade aparente no Sistema Internacional de Unidades são kg / m³. No entanto, outras unidades, como g / cm³ e megagramas / metro cúbico: Mg / m³ eles também são amplamente usados.

O conceito de densidade aparente é muito útil quando se trata de materiais heterogêneos e porosos como os solos, pois é indicativo de sua capacidade de drenagem e aeração, entre outras qualidades.

Por exemplo, solos pouco porosos têm altas densidades aparentes, são compactos e tendem a molhar facilmente, ao contrário dos solos porosos.

Quando há água ou outro fluido nos poros da amostra, o volume após a secagem diminui, portanto, ao fazer os cálculos, é necessário saber a proporção da água original (ver exemplo resolvido).

Densidade aparente do solo

A densidade aparente dos materiais em geral, incluindo o solo, é muito variável, uma vez que existem fatores como o grau de compactação, a presença de matéria orgânica, sua textura, estrutura, profundidade e outros, que afetam a forma e a forma. quantidade de espaços de poros.

Os solos são definidos como uma mistura heterogênea de substâncias inorgânicas, substâncias orgânicas, ar e água. Ao toque eles podem ser textura fino, médio ou grosso, enquanto as partículas componentes podem ser organizadas de várias maneiras, um parâmetro conhecido como estrutura.

Solos finos e bem estruturados com alta porcentagem de matéria orgânica tendem a ter baixos valores de densidade aparente. Ao contrário, solos espessos, com menos matéria orgânica e pouca estrutura, tendem a ter valores mais elevados.

Densidade aparente de acordo com a textura

De acordo com sua textura, a densidade aparente possui os seguintes valores:

Esses valores servem como referência geral. Em solos turfosos, abundantes em resíduos vegetais, a densidade aparente pode ser tão baixa quanto 0,25 g / cm³, se for um solo mineral vulcânico é cerca de 0,85 g / cm³, enquanto em solos muito compactados atinge 1,90 g / cm³.

Densidade aparente de acordo com a profundidade

O valor da densidade aparente também aumenta com a profundidade, visto que o solo geralmente é mais compactado e possui menor porcentagem de matéria orgânica.

O interior do terreno é composto por camadas ou estratos horizontais, chamados horizontes.Os horizontes têm diferentes texturas, composição e compactação. Portanto, apresentam variação em termos de densidade aparente.

Um estudo de solo é baseado em seuperfil, que consiste em vários horizontes que se sucedem de forma vertical ordenada.

Como medir a densidade aparente?

Uma vez que a variabilidade na densidade aparente é muito grande, muitas vezes tem que ser medida diretamente por vários procedimentos.

O método mais simples é extrair uma amostra do solo, inserindo uma broca com um cilindro de metal espacial de volume conhecido e tomando cuidado para não compactar o solo. A amostra extraída é lacrada para evitar perda de umidade ou alteração de suas características.

Em seguida, em laboratório a amostra é extraída, pesada e colocada em uma estufa a 105ºC para secar por 24 horas.

Embora seja a forma mais simples de se encontrar a densidade seca do solo, não é a mais recomendada para solos com texturas muito soltas ou cheios de pedras.

Para estes, o método de cavar um buraco e guardar a terra extraída é preferível, que será a amostra a secar. O volume da amostra é determinado despejando areia seca ou água no buraco cavado.

Em qualquer caso, a partir da amostra é possível determinar propriedades muito interessantes do solo para caracterizá-lo. O seguinte exercício resolvido descreve como fazê-lo.

Exercício resolvido

Uma amostra de argila de 100 mm de comprimento é retirada do cilindro de amostra, cujo diâmetro interno também é de 100 mm. Quando pesada, obteve-se uma massa de 1531 g, que depois de seca foi reduzida para 1178 g. A gravidade específica das partículas é 2,75. É pedido para calcular:

a) A densidade aparente da amostra

b) Teor de umidade

c) O índice de vazios

d) Densidade seca

e) O grau de saturação

f) Conteúdo do ar

Solução para

O volume inalterado V_t é o volume original da amostra. Para um cilindro de diâmetro D e altura h, o volume é:

V_cilindro = V_t = Área da base x altura = πD²/ 4 = π x (100 x 10^-3 m)² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m³

A declaração afirma que a massa da amostra é M_s = 1531 g, portanto de acordo com a equação dada no início:

ρ_b = M_s / V_t = 1531 g / 0,000785 m³ = 1950 319 g / m³ = 1,95 Mg / m³

Solução b

Como temos a massa original e a massa seca, a massa de água contida na amostra é a diferença entre as duas:

M _Água = 1531 g - 1178 g = 353 g

A porcentagem de umidade na amostra é calculada da seguinte forma:

% Umidade = (Massa _Água / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%

Solução c

Para encontrar a razão de vazios, é necessário decompor o volume total da amostra V_t no:

V_t = V_partículas + Volume _poros

O volume ocupado pelas partículas é obtido a partir da massa seca e do peso específico, dados obtidos na declaração. A gravidade específica s_g é o quociente entre a densidade do material e a densidade da água nas condições padrão, portanto, a densidade do material é:

ρ = s_g x ρ_Água = 2,75 x 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

O volume de vazios na amostra é V_v = V_t - V_s = 0,000785 m³ - 0,000428 m³ = 0,000357 m³.

A proporção de vazio e isto é:

e = V_v / V_s = 0,000357 m³ / 0,000428 m³ = 0.83

Solução d

A densidade seca da amostra é calculada conforme indicado na introdução:

ρ_s = Peso de elementos sólidos / Volume _sólido + Volume _poros= 1178 g / 0,000785 m³ = 1,5 Mg / m³

Solução e

O grau de saturação é S = (V_Água / V_v ) x 100%. Como sabemos a massa de água na amostra, calculada no item b) e sua densidade, o cálculo de seu volume é imediato:

ρ_Água = M_Água / V_Água → V_Água = 353 g / 1 g / cm³ = 353 cm³ = 0,000353 m³

Por outro lado, o volume de vazios foi calculado no item c)

S = (0,000353 m³ / 0,000357 m³) x 100% = 98,9%

Solução f

Finalmente, o conteúdo percentual de ar é A = (V_ar / V_t) x 100%. O volume de ar corresponde a:

V_v - V_Água = 0,000357 m³ - 0,000353 m³ = 0,000004 m³

A = (V_ar / V_t) x 100% = (0,000004 m³/ 0,000785 m³) x100% = 0,51%

Referências

1. Berry, P. Soil Mechanics. McGraw Hill.
2. Construmatics. Densidade aparente. Recuperado de: construmatica.com.
3. NRCS. Densidade do solo. Recuperado de: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Departamento de Edaphology. Manual de Procedimentos Analíticos de Física do Solo. Recuperado de: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Densidade aparente. Recuperado de: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Terra. Recuperado de: en.wikipedia.org.