DENSIDADE APARENTE: FÓRMULA, UNIDADES E EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - FISICA - 2025

A densidade aparente de uma amostra é definida como o quociente entre sua massa e o volume inalterado, que inclui todos os espaços ou poros que contém. Se houver ar nesses espaços, a densidade aparente ρ _b, ou densidade aparente é:

ρ _b = Massa / Volume = Massa das _partículas + Massa do _ar / Volume das _partículas + Volume do _ar

Figura 1. A densidade aparente é muito importante para caracterizar os solos. Fonte: Wikimedia Commons.

No cálculo da densidade aparente de uma amostra de solo, deve-se pré-secar em uma estufa a 105 ºC até que a massa fique constante, indicando que todo o ar evaporou.

De acordo com esta definição, a densidade aparente dos solos ou densidade seca, é calculada da seguinte forma:

ρ _s = Peso de elementos sólidos / volume _sólido + volume de _poros

Denotando como M _s o peso seco ou massa e V _t = V _s + V _p como o volume total, a fórmula é:

ρ _s = M _s / V _t

Unidades

As unidades de densidade aparente no Sistema Internacional de Unidades são kg / m ³. No entanto, outras unidades como g / cm ³ e megagramas / metro cúbico: Mg / m ³ também ^são amplamente utilizadas.

O conceito de densidade aparente é muito útil quando se trata de materiais heterogêneos e porosos como os solos, pois é indicativo de sua capacidade de drenagem e aeração, entre outras qualidades.

Por exemplo, solos pouco porosos têm altas densidades aparentes, são compactos e tendem a molhar facilmente, ao contrário dos solos porosos.

Quando há água ou outro fluido nos poros da amostra, o volume após a secagem diminui, portanto, ao fazer os cálculos, é necessário saber a proporção original da água (veja o exemplo resolvido).

Densidade aparente do solo

A densidade aparente dos materiais em geral, incluindo o solo, é muito variável, uma vez que existem fatores como o grau de compactação, a presença de matéria orgânica, sua textura, estrutura, profundidade e outros, que afetam a forma e a forma. quantidade de espaços de poros.

Os solos são definidos como uma mistura heterogênea de substâncias inorgânicas, substâncias orgânicas, ar e água. Elas podem ter textura fina, média ou grossa ao toque, enquanto as partículas componentes podem ser dispostas de várias maneiras, um parâmetro conhecido como estrutura.

Solos finos e bem estruturados com alta porcentagem de matéria orgânica tendem a ter baixos valores de densidade aparente. Ao contrário, solos espessos, com menos matéria orgânica e pouca estrutura, tendem a ter valores mais elevados.

Densidade aparente de acordo com a textura

De acordo com sua textura, a densidade aparente possui os seguintes valores:

Textura	Densidade aparente (g / cm 3)
Bem	1,00 - 1,30
Mediana	1,30 - 1,50
Bruto	1,50 - 1,70

Esses valores servem como referência geral. Em solos turfosos, abundantes em resíduos vegetais, a densidade aparente pode ser tão baixa quanto 0,25 g / cm ³, se for um solo mineral vulcânico fica em torno de 0,85 g / cm ³, enquanto em solos muito compactados chega a 1,90 g / cm ³.

Densidade aparente de acordo com a profundidade

O valor da densidade do solo também aumenta com a profundidade, uma vez que o solo geralmente é mais compactado e possui menor porcentagem de matéria orgânica.

O interior do terreno é composto por camadas ou estratos horizontais, chamados de horizontes. Os horizontes têm diferentes texturas, composição e compactação. Portanto, apresentam variação em termos de densidade aparente.

Figura 2. Um perfil de solo mostrando os diferentes horizontes. Fonte: Wikimedia Commons.

O estudo do solo baseia-se no seu perfil, que consiste em vários horizontes que se sucedem de forma vertical ordenada.

Como medir a densidade aparente?

Uma vez que a variabilidade na densidade aparente é muito grande, muitas vezes tem que ser medida diretamente por vários procedimentos.

O método mais simples é extrair uma amostra do solo, inserindo uma broca com um cilindro de metal espacial de volume conhecido e tomando cuidado para não compactar o solo. A amostra extraída é lacrada, para evitar perda de umidade ou alteração das características.

Em seguida, no laboratório a amostra é extraída, pesada e colocada em uma estufa a 105ºC para secar por 24 horas.

Embora seja a maneira mais simples de se encontrar a densidade seca do solo, não é a mais recomendada para solos com texturas muito soltas ou cheios de pedras.

Para estes, o método de cavar um buraco e guardar a terra extraída é preferível, que será a amostra a secar. O volume da amostra é determinado despejando areia seca ou água no buraco cavado.

Em qualquer caso, a partir da amostra é possível determinar propriedades muito interessantes do solo para caracterizá-lo. O seguinte exercício resolvido descreve como fazê-lo.

Exercício resolvido

Uma amostra de argila de 100 mm de comprimento é retirada do cilindro de amostra, cujo diâmetro interno também é de 100 mm. Quando pesada, obteve-se uma massa de 1531 g, que depois de seca foi reduzida para 1178 g. A gravidade específica das partículas é 2,75. É pedido para calcular:

a) A densidade aparente da amostra

b) Teor de umidade

c) O índice de vazios

d) Densidade seca

e) O grau de saturação

f) Conteúdo do ar

Solução para

O volume inalterado V _t é o volume original da amostra. Para um cilindro de diâmetro D e altura h, o volume é:

V _cilindro = V _t = Área de base x altura = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

A declaração afirma que a massa da amostra é M _s = 1531 g, portanto de acordo com a equação dada no início:

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

Solução b

Uma vez que temos a massa original e a massa seca, a massa de água contida na amostra é a diferença destas duas:

_Água M = 1531 g - 1178 g = 353 g

A porcentagem de umidade na amostra é calculada da seguinte forma:

% De umidade = (Massa de _água / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%

Solução c

Para encontrar a razão de vazios, o volume total da amostra V _t deve ser dividido em:

V _t = V _partículas + volume de _poro

O volume ocupado pelas partículas é obtido a partir da massa seca e do peso específico, dados obtidos na declaração. A gravidade específica s _g é o quociente entre a densidade do material e a densidade da água sob condições padrão, portanto, a densidade do material é:

ρ = s _g x ρ _água = 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

O volume de vazios na amostra é V _v = V _t - V _s = 0,000785 m ³ - 0,000428 m ³ = 0,000357 m ³.

A razão de vazios e é:

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

Solução d

A densidade seca da amostra é calculada conforme indicado na introdução:

ρ _s = Peso dos elementos sólidos / Volume de _sólidos + Volume _poros = 1178 g / 0,000785 m ³ = 1,5 Mg / m ³

Solução e

O grau de saturação é S = (V _água / V _v) x 100%. Como sabemos a massa de água da amostra, calculada no item b) e sua densidade, o cálculo de seu volume é imediato:

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

Por outro lado, o volume de vazios foi calculado no item c)

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

Solução f

Finalmente, o conteúdo percentual de ar é A = (V _ar / V _t) x 100%. O volume de ar corresponde a:

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

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

Referências

1. Berry, P. Soil Mechanics. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Densidade aparente. Recuperado de: construmatica.com.
3. NRCS. Densidade do solo. Recuperado de: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Departamento de Edaphology. Manual de Procedimentos Analíticos de Física do Solo. Recuperado de: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Densidade aparente. Recuperado de: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Chão. Recuperado de: en.wikipedia.org.