La densité apparente d'un échantillon est défini 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 ρb, ou alors densité apparente c'est:
ρb = Masse / Volume = Masse particules + Masse air /Le volume particules+ Le volume air
Lorsque la densité apparente d'un échantillon de sol est calculée, il doit être préalablement 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, il est calculé de cette manière:
ρs = Poids des éléments solides / Volume solide + Le volume les pores
Dénotant comme Ms au poids sec ou à la masse et Vt = Vs + Vp comme volume total, la formule est:
ρs = Ms / Vt
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Les unités de masse volumique apparente dans le Système international d'unités sont le kg / m3. Cependant, d'autres unités telles que g / cm3 et mégagrammes / mètre cube: Mg / m3 sont également largement utilisés.
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 s'inonder 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 exemple résolu).
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. d'espaces poreux.
Les sols sont définis comme un mélange hétérogène de substances inorganiques, de substances organiques, d'air et d'eau. Au toucher, ils peuvent être texture fin, moyen ou grossier, tandis que les particules du composant peuvent être disposées de différentes 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.
Selon sa texture, la densité apparente a les valeurs suivantes:
| Texture | Densité apparente (g / cm3) |
|---|---|
| Amende | 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 / cm3, s'il s'agit d'un sol minéral volcanique, il est d'environ 0,85 g / cm3, tandis que dans les sols très compactés, il atteint 1,90 g / cm3.
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 une variation en termes de densité apparente.
Une étude de sol est basée sur son profil, qui se compose de divers horizons qui se produisent d'une manière verticale ordonnée.
La variabilité de la densité apparente étant très importante, elle doit souvent être mesurée directement par diverses procédures..
La méthode la plus simple consiste à extraire un échantillon du sol, en y insérant une perceuse 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.
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
Le volume sans altérer Vt est le volume d'origine de l'échantillon. Pour un cylindre de diamètre D et de hauteur h, le volume est:
V cylindre = Vt = Aire de la base x hauteur = πDdeux/ 4 = π x (100 x 10-3 m)deux x 100 x 10 -3 m / 4 = 0,000785 m3
La déclaration indique que la masse de l'échantillon est Ms = 1531 g, donc selon l'équation donnée au début:
ρb = Ms / Vt = 1531 g / 0,000785 m3 = 1950 319 g / m3 = 1,95 mg / m3
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 L'eau = 1531 g - 1178 g = 353 g
Le pourcentage d'humidité dans l'échantillon est calculé comme suit:
% D'humidité = (masse L'eau / Mlle) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%
Pour trouver le taux de vide, il est nécessaire de décomposer le volume total de l'échantillon Vt au:
V t = V particules + Le volume les 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 gravité spécifique sg 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 = sg x ρL'eau = 2,75 x 1 g / cm3 = 2,75 g / cm3
ρ = Ms / Vs → Vs = 1,178 g / 2,75 g / cm3 = 0,428 cm3 = 0,000428 m3
Le volume des vides dans l'échantillon est Vv = Vt - Vs = 0,000785 m3 - 0,000428 m3 = 0,000357 m3.
Le taux de vide et c'est:
e = Vv / Vs = 0,000357 m3 / 0,000428 m3 = 0,83
La densité sèche de l'échantillon est calculée comme indiqué dans l'introduction:
ρs = Poids des éléments solides / Volume solide + Le volume les pores= 1178 g / 0,000785 m3 = 1,5 mg / m3
Le degré de saturation est S = (VL'eau / Vv ) x 100%. Puisque nous connaissons la masse d'eau de l'échantillon, calculée au point b) et sa densité, le calcul de son volume est immédiat:
ρL'eau = ML'eau / V L'eau → VL'eau = 353 g / 1 g / cm3 = 353 cm3 = 0,000353 m3
En revanche, le volume des vides a été calculé au point c)
S = (0,000353 m3 / 0,000357 m3) x 100% = 98,9%
Enfin, la teneur en air en pourcentage est A = (Vair / Vt) x 100%. Le volume d'air correspond à:
Vv - VL'eau = 0,000357 m3 - 0,000353 m3 = 0,000004 m3
A = (Vair / Vt) x 100% = (0,000004 m3/ 0,000785 m3) x100% = 0,51%
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