SCHEINBARE DICHTE: FORMEL, EINHEITEN UND GELÖSTE ÜBUNGEN - KÖRPERLICH - 2025

Die scheinbare Dichte einer Probe ist definiert als der Quotient zwischen ihrer Masse und dem unveränderten Volumen, der alle darin enthaltenen Räume oder Poren enthält. Wenn sich in diesen Räumen Luft befindet, beträgt die scheinbare Dichte ρ _b oder die Schüttdichte:

ρ _b = Masse / Volumen = _{Partikelmasse} + _Luftmasse / _{Partikelvolumen} + _Luftvolumen

Abbildung 1. Die Schüttdichte ist sehr wichtig für die Charakterisierung von Böden. Quelle: Wikimedia Commons.

Bei der Berechnung der Schüttdichte einer Bodenprobe muss diese in einem Ofen bei 105 ° C vorgetrocknet werden, bis die Masse konstant ist, was darauf hinweist, dass die gesamte Luft verdunstet ist.

Nach dieser Definition wird die scheinbare Bodendichte oder Trockendichte folgendermaßen berechnet:

ρ _s = Gewicht der festen Elemente / _Fest Volumen + _Porenvolumen

Die Formel lautet als M _s das Trockengewicht oder die Trockenmasse und V _t = V _s + V _p als Gesamtvolumen. Die Formel lautet:

ρ _s = M _s / V _t

Einheiten

Die Einheiten der Schüttdichte im Internationalen Einheitensystem betragen kg / m ³ . Es sind jedoch auch andere Einheiten wie g / cm ³ und Megagramme / Kubikmeter: Mg / m ³ 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.

Zum Beispiel haben schlecht poröse Böden hohe Schüttdichten, sind kompakt und neigen im Gegensatz zu porösen Böden dazu, leicht zu wässern.

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 Anteil des ursprünglichen Wassers zu kennen (siehe aufgelöstes Beispiel).

Bodenschüttdichte

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 Gestalt beeinflussen. Anzahl der Porenräume.

Böden sind definiert als heterogene Mischung aus anorganischen Substanzen, organischen Substanzen, Luft und Wasser. Sie können sich fein, mittel oder grob anfühlen, während sich die Partikelpartikel auf verschiedene Arten anordnen können, ein Parameter, der als Struktur bekannt ist.

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.

Scheinbare Dichte je nach Textur

Die scheinbare Dichte hat entsprechend ihrer Textur folgende Werte:

Textur	Scheinbare Dichte (g / cm 3 )
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 ³ betragen. Wenn es sich um einen vulkanischen Mineralboden handelt, liegt sie bei etwa 0,85 g / cm ³ , während sie in sehr verdichteten Böden 1,90 g / cm ³ erreicht. cm ³ .

Scheinbare Dichte nach Tiefe

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 als Horizonte bezeichnet werden. Horizonte haben unterschiedliche Texturen, Kompositionen und Verdichtungen. Daher variieren sie hinsichtlich der scheinbaren Dichte.

Abbildung 2. Ein Bodenprofil mit den verschiedenen Horizonten. Quelle: Wikimedia Commons.

Eine Untersuchung des Bodens basiert auf seinem Profil, das aus verschiedenen Horizonten besteht, die in geordneter vertikaler Weise aufeinander folgen.

Wie messe ich die scheinbare Dichte?

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, ein Stück mit einem Raummetallzylinder mit bekanntem Volumen 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 dies der einfachste Weg ist, um die Trockendichte des Bodens zu ermitteln, wird er nicht für Böden mit sehr lockeren Texturen oder voller Steine ​​empfohlen.

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.

Übung gelöst

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

Lösung für

Das unveränderte Volumen V _t ist das ursprüngliche Volumen der Probe. Für einen Zylinder mit Durchmesser D und Höhe h beträgt das Volumen:

V _Zylinder = V _t = Fläche der Basis x Höhe = & pgr; D ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Die Aussage besagt, dass die Masse der Probe M _s = 1531 g ist, also gemäß der am Anfang angegebenen Gleichung:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950 319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Lösung b

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:

% Feuchtigkeit = (Masse _Wasser / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%

Lösung c

Um das Hohlraumverhältnis zu ermitteln, muss das Gesamtvolumen der Probe V _{t unterteilt} werden in:

V _t = V _Partikel + _Porenvolumen

Das von den Partikeln eingenommene Volumen ergibt sich aus der Trockenmasse und dem spezifischen Gewicht, Daten aus der Aussage. Das spezifische Gewicht s _g ist der Quotient zwischen der Dichte des Materials und der Dichte des Wassers unter Standardbedingungen, daher beträgt die Dichte des Materials:

ρ = s _g x ρ _Wasser = 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

Das Volumen der Hohlräume in der Probe beträgt V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Das Hohlraumverhältnis e ist:

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

Lösung d

Die Trockendichte der Probe wird wie in der Einleitung angegeben berechnet:

ρ _s = Gewicht des festen Elemente / Volumen _Feststoffe + Volume _Poren = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 mg / m ³

Lösung e

Der Sättigungsgrad beträgt 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:

ρ _Wasser = M _Wasser / V _Wasser → V _Wasser = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0,000353 m ³

Andererseits wurde das Volumen der Hohlräume in Punkt c) berechnet.

S = (0,000353 m ³ / 0,000357 m ³ ) x 100% = 98,9%

Lösung f

Schließlich beträgt der prozentuale Luftgehalt A = (V _Luft / V _t ) x 100%. Das Luftvolumen entspricht:

V _v - V _Wasser = 0,000357 m ³ - 0,000353 m ³ = 0,000004 m ³

A = (V _Luft / V _t ) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³ ) x 100 % = 0,51%

Verweise

1. Berry, P. Bodenmechanik. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Scheinbare Dichte. Wiederhergestellt von: construmatica.com.
3. NRCS. Bodendichte. Wiederhergestellt von: nrcs.usda.gov.
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5. Wikipedia. Schüttdichte. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Fußboden. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org.