샘플 의 겉보기 밀도 는 샘플에 포함 된 모든 공간 또는 기공을 포함하는 질량과 변경되지 않은 부피 사이의 몫으로 정의됩니다. 이러한 공간에 공기가있는 경우 겉보기 밀도 ρ b 또는 벌크 밀도는 다음과 같습니다.
ρ b = 질량 / 부피 = 입자의 질량 + 공기의 질량 / 입자의 부피 + 공기의 부피
그림 1. 벌크 밀도는 토양을 특성화하는 데 매우 중요합니다. 출처 : Wikimedia Commons.
토양 샘플의 부피 밀도를 계산할 때 질량이 일정 할 때까지 105ºC 오븐에서 미리 건조하여 모든 공기가 증발했음을 나타냅니다.
이 정의에 따르면 토양의 겉보기 밀도 또는 건조 밀도는 다음과 같이 계산됩니다.
ρ 의 고체 소자 /의 무게 = 고체 체적 + 세공 용적
M으로 나타내면 의 건조 중량 또는 질량 V t = V S + V에서의 P 총량으로서 상기 화학식이다 :
ρ s = M s / V t
단위
국제 단위계에서 벌크 밀도의 단위는 kg / m 3 입니다. 그러나, g / cm 다른 단위 3 및 megagrams / 입방 미터 : 밀리그램 / m 3되어 널리 사용된다.
겉보기 밀도의 개념은 배수 및 폭기 용량을 나타 내기 때문에 토양과 같은 이질적이고 다공성 인 재료와 관련하여 매우 유용합니다.
예를 들어, 다공성이 낮은 토양은 다공성 토양과 달리 부피 밀도가 높고 밀도가 높으며 쉽게 물을주는 경향이 있습니다.
샘플의 기공에 물이나 다른 유체가 있으면 건조 후 부피가 감소하므로 계산할 때 원래 물의 비율을 알아야합니다 (해결 된 예 참조).
토양 벌크 밀도
일반적으로 토양을 포함한 재료의 겉보기 밀도는 모양과 모양에 영향을 미치는 압축 정도, 유기물의 존재, 질감, 구조, 깊이 등과 같은 요소가 있기 때문에 매우 가변적입니다. 기공 공간의 양.
토양은 무기 물질, 유기 물질, 공기 및 물의 이질적인 혼합물로 정의됩니다. 촉감이 미세하거나 중간이거나 거친 질감 일 수 있으며, 구성 요소 입자는 구조라고하는 매개 변수 인 다양한 방식으로 배열 될 수 있습니다.
유기물 비율이 높은 미세하고 잘 구조화 된 토양은 겉보기 밀도 값이 낮은 경향이 있습니다. 반대로 유기물이 적고 구조가 적은 두꺼운 토양은 더 높은 값을 갖는 경향이 있습니다.
질감에 따른 겉보기 밀도
텍스처에 따라 겉보기 밀도는 다음 값을 갖습니다.
| 조직 | 겉보기 밀도 (g / cm 3 ) |
|---|---|
| 좋아 | 1.00 ~ 1.30 |
| 중앙값 | 1.30-1.50 |
| 심한 | 1.50 ~ 1.70 |
이 값은 일반적인 참조로 사용됩니다. 토탄 토양, 식물 잔류 풍부한이 겉보기 밀도는 0.25로 낮게 할 수 g / cm 3 , 그것은 주위 g / cm 0.85 화산 광물질 토양 경우 3 이 매우 압축 된 토양에서 1.90 g / 도달하면서, cm 3 .
깊이에 따른 겉보기 밀도
토양이 일반적으로 더 압축되고 유기물의 비율이 낮기 때문에 겉보기 밀도 값은 깊이에 따라 증가합니다.
지형의 내부는 수평선이라고하는 수평 레이어 또는 지층으로 구성됩니다. Horizons는 텍스처, 구성 및 압축이 다릅니다. 따라서 그들은 겉보기 밀도 측면에서 변화를 나타냅니다.
그림 2. 다른 지평을 보여주는 토양 프로파일. 출처 : Wikimedia Commons.
토양에 대한 연구는 질서 정연한 수직 방식으로 서로를 따르는 다양한 지평으로 구성된 프로필을 기반으로합니다.
겉보기 밀도를 측정하는 방법은 무엇입니까?
벌크 밀도의 변동성이 매우 크기 때문에 다양한 절차를 통해 직접 측정해야하는 경우가 많습니다.
가장 간단한 방법은 토양에서 샘플을 추출하여 알려진 부피의 공간 금속 실린더가있는 비트를 삽입하고 토양이 압축되지 않도록하는 것입니다. 추출 된 샘플은 습기 손실 또는 특성 변경을 방지하기 위해 밀봉됩니다.
그런 다음 실험실에서 샘플을 추출하고 무게를 측정 한 다음 105ºC 오븐에 넣어 24 시간 동안 건조시킵니다.
토양의 건조 밀도를 찾는 가장 간단한 방법이지만 질감이 매우 느슨하거나 돌로 가득 찬 토양에는 가장 권장되지 않습니다.
이를 위해서는 구멍을 파고 추출 된 흙을 저장하는 방법이 바람직하며, 이는 건조 할 샘플이 될 것입니다. 샘플의 부피는 파낸 구멍에 마른 모래 또는 물을 부어 결정됩니다.
어쨌든 샘플에서 토양의 매우 흥미로운 특성을 결정하여 특성화하는 것이 가능합니다. 다음 해결 된 연습에서는이를 수행하는 방법을 설명합니다.
운동이 해결됨
길이가 100mm 인 점토 샘플이 샘플 실린더에서 추출되며, 내부 직경도 100mm입니다. 무게를 쟀을 때, 1531g의 질량이 얻어졌고, 일단 건조되면 1178g으로 감소되었습니다. 입자의 비중은 2.75입니다. 다음을 계산해야합니다.
a) 샘플의 부피 밀도
b) 수분 함량
c) 공극 비율
d) 건조 밀도
e) 채도
f) 공기 함량
솔루션
변경되지 않은 부피 V t 는 샘플의 원래 부피입니다. 지름이 D이고 높이가 h 인 원통의 경우 부피는 다음과 같습니다.
V의 실린더 = V의 t 베이스 x 높이 = πD의 면적 = 2 / 4 = π × (100 × 10 -3 m) 2 × 100 × 10 -3 m / 4 = 0.000785 m (3)
성명은 샘플의 질량 M 중임 S 따라서 초기에 주어진 수학 식에있어서, = 1,531g :
ρ B = M S / V의 t = 1,531g / 0.000785 m 3 = 1,950 319g / m 3 = 1.95의 Mg / m 3
솔루션 b
원래 질량과 건조 질량이 있으므로 샘플에 포함 된 물의 질량은 다음 두 가지의 차이입니다.
M 물 = 1531g-1178g = 353g
샘플의 수분 비율은 다음과 같이 계산됩니다.
% 수분 = ( 물 질량 / Ms) x 100 % = (353g / 1178g) = 29.97 %
솔루션 c
보이드 비율을 찾으려면 샘플 V t 의 총 부피를 다음과 같이 분류해야합니다 .
V t = V 입자 + 기공 부피
입자가 차지하는 부피는 건조 질량과 비중, 성명서에서 얻은 데이터에서 얻습니다. 비중 s g 는 표준 조건에서 재료의 밀도와 물의 밀도 사이의 몫이므로 재료의 밀도는 다음과 같습니다.
ρ = S g X ρ 물 = 1 × 2.75 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)
시료의 공극의 체적을 V이고 V = V t - V S = 0.000785 m 3 - 0.000428 m 3 = 0.000357 m 3 .
보이드 비율 e는 다음과 같습니다.
E = V의 V / V S = 0.000357 m 3 / 0.000428 m (3) = 0.83
솔루션 d
샘플의 건조 밀도는 소개에 표시된대로 계산됩니다.
ρ 의 고체 소자 / 볼륨의 무게 = 고형물 + 볼륨 기공 = 1,178g / 0.000785 m 3 = 1.5 밀리그램 / m 3
솔루션 e
포화도는 S = (V water / V v ) x 100 %입니다. 항목 b)에서 계산 된 샘플의 물 질량과 밀도를 알고 있으므로 부피 계산이 즉시 이루어집니다.
ρ 물 = M 물 / V 물 → V 물 = 353g / 1g / cm 3 = 353 cm 3 = 0.000353 m 3
반면에 공극의 부피는 항목 c)에서 계산되었습니다.
S = (0.000353m 3 / 0.000357m 3 ) x 100 % = 98.9 %
솔루션 f
마지막으로 공기의 비율은 A = (V air / V t ) x 100 %입니다. 공기량은 다음에 해당합니다.
V V - V를 물 = 0.000357 m 3 - 0.000353 m 3 = 0.000004 m (3)
A = (V 공기 / V t ) x 100 % = (0.000004 m 3 / 0.000785 m 3 ) x100 % = 0.51 %
참고 문헌
- Berry, P. Soil Mechanics. McGraw Hill.
- Constrummatics. 겉보기 밀도. 출처 : construmatica.com.
- NRCS. 토양 벌크 밀도. 출처 : nrcs.usda.gov.
- UNAM. 에다 폴로 지학과. 토양 물리학 분석 절차 매뉴얼. 출처 : geologia.unam.mx.
- Wikipedia. 부피 밀도. 출처 : en.wikipedia.org.
- Wikipedia. 바닥. 출처 : en.wikipedia.org.