KEPADATAN NYATA: RUMUS, SATUAN, DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FISIK - 2024

The kepadatan jelas dari sampel didefinisikan sebagai hasil bagi antara massa dan volume tidak berubah, yang mencakup semua spasi atau pori-pori yang mengandung. Jika ada udara di ruang-ruang ini, kerapatan semu ρ _b , atau kerapatan curah adalah:

ρ _b = Massa / Volume = Massa _partikel + Massa _udara / Volume _partikel + Volume _udara

Gambar 1. Kepadatan curah sangat penting untuk mengkarakterisasi tanah. Sumber: Wikimedia Commons.

Saat menghitung massa jenis sampel tanah, sampel tanah harus dikeringkan terlebih dahulu dalam oven pada suhu 105 ºC sampai massanya konstan, yang menunjukkan bahwa semua udara telah menguap.

Menurut definisi ini, kerapatan tanah atau kerapatan kering, dihitung dengan cara ini:

ρ _s = Berat elemen padat / Volume _padat + Volume _pori

Menandakan M _s berat atau massa kering dan V _t = V _s + V _p sebagai volume total, rumusnya adalah:

ρ _s = M _s / V _t

Unit

Satuan massa jenis dalam Sistem Satuan Internasional adalah kg / m ³ . Namun, satuan lain seperti g / cm ³ dan megagram / meter kubik: Mg / m ³ juga banyak digunakan.

Konsep densitas semu sangat berguna dalam hal material heterogen dan berpori seperti tanah, karena ini menunjukkan kapasitas drainase dan aerasinya, di antara kualitas lainnya.

Misalnya, tanah berpori buruk memiliki massa jenis tinggi, padat, dan cenderung mudah diairi, tidak seperti tanah berpori.

Ketika ada air atau fluida lain di dalam pori-pori sampel, volume setelah pengeringan berkurang, oleh karena itu, ketika melakukan penghitungan, proporsi air asli perlu diketahui (lihat contoh penyelesaian).

Kepadatan curah tanah

Kepadatan nyata material secara umum, termasuk tanah, sangat bervariasi, karena ada faktor-faktor seperti derajat pemadatan, keberadaan bahan organik, tekstur, struktur, kedalaman dan lain-lain yang mempengaruhi bentuk dan bentuk. jumlah ruang pori.

Tanah didefinisikan sebagai campuran heterogen zat anorganik, zat organik, udara dan air. Mereka bisa menjadi tekstur halus, sedang atau kasar saat disentuh, sedangkan partikel komponen dapat diatur dengan berbagai cara, parameter yang dikenal sebagai struktur.

Tanah yang halus dan terstruktur dengan baik dengan persentase bahan organik yang tinggi cenderung memiliki nilai kerapatan semu yang rendah. Sebaliknya, tanah yang tebal, dengan sedikit bahan organik dan sedikit struktur, cenderung memiliki nilai yang lebih tinggi.

Kepadatan tampak menurut tekstur

Menurut teksturnya, kerapatan semu memiliki nilai sebagai berikut:

Tekstur	Densitas Tampak (g / cm 3 )
Baik	1,00 - 1,30
Median	1,30 - 1,50
Kotor	1.50 - 1.70

Nilai-nilai ini menjadi acuan umum. Pada tanah bergambut, melimpah di sisa tanaman, kerapatan jelas bisa serendah 0,25 g / cm ³ , jika itu adalah tanah mineral vulkanik itu adalah sekitar 0,85 g / cm ³ , sedangkan pada tanah yang sangat dipadatkan mencapai 1,90 g / cm ³ .

Kepadatan tampak menurut kedalaman

Nilai kerapatan semu juga meningkat seiring dengan kedalaman, karena tanah umumnya lebih padat dan memiliki persentase bahan organik yang lebih rendah.

Bagian dalam medan terdiri dari lapisan atau strata horizontal, yang disebut cakrawala. Horizons memiliki tekstur, komposisi, dan pemadatan yang berbeda. Oleh karena itu mereka menyajikan variasi dalam hal kerapatan semu.

Gambar 2. Profil tanah yang menunjukkan cakrawala yang berbeda. Sumber: Wikimedia Commons.

Studi tentang tanah didasarkan pada profilnya, yang terdiri dari berbagai cakrawala yang mengikuti satu sama lain secara vertikal teratur.

Bagaimana cara mengukur kerapatan semu?

Karena variabilitas dalam bulk density sangat besar, seringkali harus diukur secara langsung dengan berbagai prosedur.

Metode paling sederhana adalah dengan mengekstraksi sampel dari tanah, memasukkan sedikit dengan silinder logam ruang dengan volume yang diketahui ke dalamnya dan pastikan untuk tidak memadatkan tanah. Sampel yang diekstraksi ditutup rapat, untuk menghindari hilangnya kelembaban atau perubahan karakteristik.

Kemudian di laboratorium sampel diekstraksi, ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 105ºC hingga kering selama 24 jam.

Meskipun ini adalah cara termudah untuk mengetahui kepadatan kering tanah, cara ini tidak direkomendasikan untuk tanah dengan tekstur sangat gembur atau penuh bebatuan.

Untuk ini, metode menggali lubang dan menyelamatkan tanah yang diekstraksi lebih disukai, yang akan menjadi sampel untuk dikeringkan. Volume sampel ditentukan dengan menuangkan pasir atau air kering ke dalam lubang gali.

Bagaimanapun, dari sampel itu dimungkinkan untuk menentukan sifat-sifat tanah yang sangat menarik untuk mengkarakterisasi. Latihan yang diselesaikan berikut ini menjelaskan bagaimana melakukannya.

Latihan diselesaikan

Sampel tanah liat dengan panjang 100 mm diambil dari silinder sampel, yang diameter dalamnya juga 100 mm. Saat ditimbang, diperoleh massa 1531 g, yang setelah kering dikurangi menjadi 1178 g. Gravitasi spesifik partikel adalah 2,75. Itu diminta untuk menghitung:

a) Massa jenis sampel

b) Kadar air

c) Rasio kekosongan

d) Kepadatan kering

e) Derajat kejenuhan

f) Kadar udara

Solusi untuk

Volume yang tidak berubah V _t adalah volume asli sampel. Untuk silinder dengan diameter D dan tinggi h, volumenya adalah:

V _silinder = V _t = Luas dasar x tinggi = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Pernyataan tersebut menyatakan bahwa massa sampel adalah M _s = 1531 g, oleh karena itu sesuai persamaan yang diberikan di awal:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0,000785 m ³ = 1950.319 g / m ³ = 1,95 Mg / m ³

Solusi b

Karena kita memiliki massa asli dan massa kering, massa air yang terkandung dalam sampel adalah selisih keduanya:

M _air = 1531 g - 1178 g = 353 g

Persentase kelembaban dalam sampel dihitung sebagai berikut:

% Kelembaban = (Massa _air / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Solusi c

Untuk mencari rasio rongga, total volume sampel V _t harus dipecah menjadi:

V _t = V _partikel + volume _pori

Volume yang ditempati oleh partikel diperoleh dari massa kering dan berat jenis, data diperoleh dari pernyataan tersebut. Berat jenis s _g adalah hasil bagi antara massa jenis bahan dan massa jenis air dalam kondisi standar, oleh karena itu massa jenis bahan adalah:

ρ = s _g x ρ _air = 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

Volume void pada sampel adalah V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³ .

Rasio kekosongan e adalah:

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

Solusi d

Kepadatan kering sampel dihitung seperti yang ditunjukkan dalam pendahuluan:

ρ _s = Berat elemen padat / Volume _padatan + Volume _pori = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Solusi e

Derajat kejenuhan adalah S = (V _air / V _v ) x 100%. Karena kita mengetahui massa air dalam sampel, dihitung pada butir b) dan massa jenisnya, maka volumenya dihitung dengan segera:

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

Di sisi lain, volume rongga dihitung pada butir c)

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

Solusi f

Terakhir, persentase kandungan udara adalah A = (V _udara / V _t ) x 100%. Volume udara sesuai dengan:

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

A = (V _udara / V _t ) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³ ) x100% = 0,51%

Referensi

1. Berry, P. Mekanika Tanah. McGraw Hill.
2. Konstrummatik. Kepadatan tampak. Diperoleh dari: construmatica.com.
3. NRCS. Kepadatan Massal Tanah. Diperoleh dari: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Departemen Edafologi. Manual Prosedur Analisis Fisika Tanah. Diperoleh dari: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Kepadatan Massal. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Lantai. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.