- Unités
- Densité apparente du sol
- Densité apparente selon la texture
- Densité apparente en fonction de la profondeur
- Comment mesurer la densité apparente?
- Exercice résolu
- Solution pour
- Solution b
- Solution c
- Solution d
- Solution e
- Solution f
- Références
La densité apparente d'un échantillon est définie comme le quotient entre sa masse et le volume non modifié, qui comprend tous les espaces ou pores qu'il contient. S'il y a de l'air dans ces espaces, la densité apparente ρ b, ou densité apparente est:
ρ b = Masse / Volume = Masse des particules + Masse de l' air / Volume des particules + Volume de l' air
Figure 1. La densité apparente est très importante pour caractériser les sols. Source: Wikimedia Commons.
Lors du calcul de la masse volumique apparente d'un échantillon de sol, il doit être pré-séché dans une étuve à 105 ºC jusqu'à ce que la masse soit constante, indiquant que tout l'air s'est évaporé.
Selon cette définition, la densité apparente des sols ou densité sèche, est calculée de cette manière:
ρ s = poids des éléments solides / volume solide + volume des pores
En notant M s le poids sec ou la masse et V t = V s + V p comme le volume total, la formule est:
ρ s = M s / V t
Unités
Les unités de densité apparente dans le Système international d'unités sont le kg / m 3. Cependant, d'autres unités telles que g / cm 3 et mégagrammes / mètre cube: Mg / m 3 sont également largement utilisées.
Le concept de densité apparente est très utile lorsqu'il s'agit de matériaux hétérogènes et poreux tels que les sols, car il est révélateur de leur capacité de drainage et d'aération, entre autres qualités.
Par exemple, les sols peu poreux ont des densités apparentes élevées, sont compacts et ont tendance à arroser facilement, contrairement aux sols poreux.
Lorsqu'il y a de l'eau ou un autre fluide dans les pores de l'échantillon, le volume après séchage diminue, par conséquent, lors des calculs, il est nécessaire de connaître la proportion d'eau d'origine (voir l'exemple résolu).
Densité apparente du sol
La densité apparente des matériaux en général, y compris le sol, est très variable, car il existe des facteurs tels que le degré de compactage, la présence de matière organique, sa texture, sa structure, sa profondeur et autres, qui affectent la forme et la forme. quantité d'espaces de pores.
Les sols sont définis comme un mélange hétérogène de substances inorganiques, de substances organiques, d'air et d'eau. Ils peuvent être de texture fine, moyenne ou grossière au toucher, tandis que les particules de composant peuvent être disposées de diverses manières, un paramètre connu sous le nom de structure.
Les sols fins et bien structurés avec un pourcentage élevé de matière organique ont tendance à avoir de faibles valeurs de densité apparente. Au contraire, les sols épais, avec moins de matière organique et peu de structure, ont tendance à avoir des valeurs plus élevées.
Densité apparente selon la texture
Selon sa texture, la densité apparente a les valeurs suivantes:
| Texture | Densité apparente (g / cm 3) |
|---|---|
| Bien | 1,00 - 1,30 |
| Médian | 1,30 - 1,50 |
| Brut | 1,50 - 1,70 |
Ces valeurs servent de référence générale. Dans les sols tourbeux, abondants en résidus végétaux, la densité apparente peut être aussi basse que 0,25 g / cm 3, s'il s'agit d'un sol minéral volcanique elle est d'environ 0,85 g / cm 3, tandis que dans les sols très compactés elle atteint 1,90 g / cm 3.
Densité apparente en fonction de la profondeur
La valeur de densité apparente augmente également avec la profondeur, car le sol est généralement plus compacté et contient un pourcentage de matière organique plus faible.
L'intérieur du terrain est composé de couches horizontales ou strates, appelées horizons. Les horizons ont différentes textures, composition et compactage. Par conséquent, ils présentent des variations en termes de densité apparente.
Figure 2. Un profil de sol montrant les différents horizons. Source: Wikimedia Commons.
L'étude du sol repose sur son profil, qui se compose de différents horizons qui se succèdent de manière ordonnée et verticale.
Comment mesurer la densité apparente?
Étant donné que la variabilité de la densité apparente est très grande, elle doit souvent être mesurée directement par diverses procédures.
La méthode la plus simple consiste à extraire un échantillon du sol, en y insérant un peu avec un cylindre métallique spatial de volume connu et en veillant à ne pas compacter le sol. L'échantillon extrait est scellé, pour éviter la perte d'humidité ou l'altération des caractéristiques.
Ensuite, au laboratoire, l'échantillon est extrait, pesé puis placé dans une étuve à 105 ° C pour sécher pendant 24 heures.
Bien que ce soit le moyen le plus simple de trouver la densité sèche du sol, ce n'est pas le plus recommandé pour les sols à textures très lâches ou pleins de pierres.
Pour ceux-ci, la méthode de creusage d'un trou et de sauvegarde de la terre extraite est préférable, qui sera l'échantillon à sécher. Le volume de l'échantillon est déterminé en versant du sable sec ou de l'eau dans le trou creusé.
Dans tous les cas, à partir de l'échantillon, il est possible de déterminer des propriétés très intéressantes du sol pour le caractériser. L'exercice résolu suivant décrit comment le faire.
Exercice résolu
Un échantillon d'argile d'une longueur de 100 mm est prélevé du cylindre d'échantillonnage, dont le diamètre interne est également de 100 mm. Lors de la pesée, une masse de 1531 g a été obtenue, qui une fois sèche a été réduite à 1178 g. La gravité spécifique des particules est de 2,75. Il est demandé de calculer:
a) La densité apparente de l'échantillon
b) Teneur en humidité
c) Le taux de vide
d) Densité sèche
e) Le degré de saturation
f) Teneur en air
Solution pour
Le volume V t non modifié est le volume d'origine de l'échantillon. Pour un cylindre de diamètre D et de hauteur h, le volume est:
V cylindre = V t = Aire de la base x hauteur = nD 2 /4 = π x (100 x 10 -3 m) 2 x 100 x 10 -3 m / 4 = 0,000785 m 3
L'énoncé indique que la masse de l'échantillon est M s = 1531 g, donc selon l'équation donnée au début:
ρ b = M s / V t = 1531 g / 0,000785 m 3 = 1950319 g / m 3 = 1,95 Mg / m 3
Solution b
Puisque nous avons la masse d'origine et la masse sèche, la masse de l'eau contenue dans l'échantillon est la différence de ces deux:
M eau = 1531 g - 1178 g = 353 g
Le pourcentage d'humidité dans l'échantillon est calculé comme suit:
% D'humidité = (masse d' eau / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%
Solution c
Pour trouver le taux de vide, le volume total de l'échantillon V t doit être décomposé en:
V t = V particules + volume des pores
Le volume occupé par les particules est obtenu à partir de la masse sèche et de la densité, données obtenues à partir du relevé. La densité s g est le quotient entre la densité du matériau et la densité de l'eau dans des conditions standard, donc la densité du matériau est:
ρ = s g x ρ eau = 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
Le volume de vides dans l'échantillon est V v = V t - V s = 0,000785 m 3 - 0,000428 m 3 = 0,000357 m 3.
Le taux de vide e est:
e = V v / V s = 0,000357 m 3 / 0,000428 m 3 = 0,83
Solution d
La densité sèche de l'échantillon est calculée comme indiqué dans l'introduction:
ρ s = Poids des éléments solides / Volume des solides + Volume des pores = 1178 g / 0,000785 m 3 = 1,5 Mg / m 3
Solution e
Le degré de saturation est S = (V eau / V v) x 100%. Puisque l'on connaît la masse d'eau de l'échantillon, calculée au point b) et sa densité, le calcul de son volume est immédiat:
ρ eau = M eau / V eau → V eau = 353 g / 1 g / cm 3 = 353 cm 3 = 0,000353 m 3
En revanche, le volume des vides a été calculé au point c)
S = (0,000353 m 3 / 0,000357 m 3) x 100% = 98,9%
Solution f
Enfin, la teneur en air en pourcentage est A = (V air / V t) x 100%. Le volume d'air correspond à:
V v - V eau = 0,000357 m 3 - 0,000353 m 3 = 0,000004 m 3
A = (V air / V t) x 100% = (0,000004 m 3 / 0,000785 m 3) x100% = 0,51%
Références
- Berry, P. Mécanique des sols. McGraw Hill.
- Constrummatics. Densité apparente. Récupéré de: construmatica.com.
- NRCS. Densité apparente du sol. Récupéré de: nrcs.usda.gov.
- UNAM. Département d'édaphologie. Manuel des procédures analytiques de la physique des sols. Récupéré de: geologia.unam.mx.
- Wikipédia. Densité en vrac. Récupéré de: en.wikipedia.org.
- Wikipédia. Sol. Récupéré de: en.wikipedia.org.