تعريف الكثافة الظاهرية للتربة

يمكن تعريف التربة بأنها خليط من المواد العضوية والمعادن والغازات والسوائل والكائنات الحية، التي تتكامل معًا لتدعم الحياة على الأرض، فهي تعد الوسط لنمو النباتات ولتخزين المياه وموطنًا للكائنات الحية ومعدلة للغلاف الجوي، هذا ويصّور العلماء التربة على أنها نظام من ثلاث حالات من المواد الصلبة والسوائل والغازات، ونتيجةً لهذه الأهمية تجرى عدة دراسات على التربة لتحديد الاستخدام الأمثل لها، منها إجراء حسابات لتحديد وتعريف الكثافة الظاهرية للتربة.[١]
تعريف الكثافة الظاهرية للتربة
يمكن تعريف الكثافة الظاهربة للتربة، والتي تعرف أيضًا باسم الكثافة الظاهرية الجافة، بأنها إحدى خواص التربة، وتمثل وزن جزيئات التربة مقسومة على الحجم الكلي للتربة، وعليه فإن وحدة الكتلة الظاهرية تمثل وحدة وزن على وحدة حجم، مثلًا كيلوغرام على متر مكعب في النظام المتري، أو باوند على قدم مكعب في النظام الإنجليزي[٢]، وعادةً ما يطرح سؤال: “ما هو الفرق بين تعريف الكثافة الظاهرية للتربة والكثافة الكلية وكثافة المواد الصلبة؟”، يمكن الإجابة على هذا السؤال بمعرفة أن التربة عبارة عن نظام مكون من ثلاث تركيبات أساسية وهي: المواد الصلبة للتربة والمياه والهواء، وتشمل الكثافة الكلية للتربة على التركيبات الثلاث، أي أنها تمثل كتلة المواد الصلبة والمياه والهواء جميعًا لكل وحدة حجم، في حين أن تعريف الكثافة الظاهرية يمثل كتلة المواد الصلبة في التربة فقط لكل وحدة حجم كلي للتربة، وهنا لا بد من توضيح أن كثافة المواد الصلبة مختلفة أيضًا عن كل ما سبق، فهي تمثل كتلة المواد الصلبة على حجم المواد الصلبة الموجودة في التربة[٣]، وبعد تعريف الكثافة الظاهرية للتربة لا بد من معرفة طريقة حسابها، وفي ما يأتي توضيح لهذه الطريقة:[٤]
حساب حجم التربة: حجم التربة يمثل حجم الأسطوانة، حيث يتم أخذ عينة من التربة المراد إجراء الحسابات لها، وبعد ذلك يتم قياس ارتفاع الأسطوانة بوحدة سم، وقياس القطر بهدف الحصول على نصف القطر بوحدة سم، وبعد ذلك يتم تطبيق العلاقة التالية: حجم الأسطوانة = π* نق2*ع، حيث تمثل ع الارتفاع في حين يمثل الرمز “نق” نصف القطر.
حساب وزن التربة: في البداية يتم حساب وزن الأسطوانة وهي فارغة بوحدة الغرام، بعد ذلك يتم تجفيف التربة لمدة 10 دقائق في الميكرويف، أو باستخدام الفرن التقليدي بتسخينها لمدة ساعتين على درجة حرارة 150 درجة مئوية، وحساب وزن العينة مع الأسطوانة بوحدة الغرام، وبعد ذلك يتم حساب وزن التربة الجافة بتطبيق العلاقة: الوزن=وزن العينة مع الأسطوانة -وزن الأسطوانة.
حساب الكثافة الظاهرية: من تعريف الكثافة الكلية للتربة، يتبين أن حسابها يتم بتطبيق علاقة: الكثافة= وزن التربة الجافة/ حجم التربة.
الكثافة الظاهرية للتربة في الهندسة المدنية
يدخل تعريف الكثافة الظاهرية للتربة في تطبيقات مختلفة، وتعد ذات أهمية كبيرة في الهندسة المدنية، فمن خلال حسابها يتم تحديد مقدار الحمل الذي تتحمله التربة والذي يصل من خلال الأساسات أو الطرق، وإذا ما كانت مناسبة أم لا، فبعد حسابها وتحديد قيمتها دائمًا ما يفضل المهندس المدني التربة ذات الكثافة الظاهرية الأعلى، ويرجع هذا في الأساس إلى الاعتماد على أن الكثافة تمثل نسبة كتلة التربة إلى حجمها، فإذا زادت الكتلة في حجم معين زادت الكثافة، وتعد الكثافة العالية دليل على وجود أقل للفراغات، وهذا يعني أن الحمل على التربة سينتقل بأمان.[٥]