Instructivo método de densidad relativa de la parafina en suelos PDF

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Instructivo de ensaye en densidades relativas para suelos en aplicaciones simples de laboratorio utilizando el método de la parafina...

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Ficha Metodológica de densidad relativa de suelo en aplicación del método de la parafina en laboratorio de geotecnia Autor: Vicente Felipe Mora Soto¹ ¹Estudiante egresad de Geología, Lic. Ciencias de la Tierra. Universidad Católica de Temuco. Para este tipo de ensayo de densidad no existe actualmente una normativa internacional que estandarice su aplicación para suelos inorgánicos, no obstante, esta se encuentra estandarizada para productos orgánicos de suelos u suelos orgánicos en la norma ASTM D4531-86 y ASTM D4531-15; indicando un procedimiento que puede ser adaptado para suelos inorgánicos con alto contenido de limo y arcilla para determinar su densidad relativa de manera expedita y sencilla sin la utilización de mayor aplicación en equipamiento. Para la compilación de este escrito se han recopilado diferentes escritos realizados en favor de estandarizar este tipo de ensayo para su aplicación en agronomía y geotecnia. Los escritos de Bonifaz (2014), Rojas (2012) y Medina et al., (2008) son algunos ejemplos de los esfuerzos que han realizado distintos equipos de ingenieros para lograr una definición en instructivo claro de la aplicación del método que garantice un valor de densidad referencial de un suelo inalterado de manera simple y válida para cálculos ingenieriles. Metodología Para la aplicación de este método se requiere poseer: -

Un bloque de parafina. Una cocinilla que alcance temperaturas mínimas de 60ºC. Balones de gas natural o butano adaptado para la cocinilla. Hilo o cordel para la sujeción de la muestra. Probeta graduada con tamaño de dimensiones suficientes para que la muestra pueda ingresar sin obstrucciones. Agua. Contenedor de metal inerte para secado de muestra (tara, x2). Horno de secado calibrado a 110ºC. Muestra de ensaye. Cuchillo cartonero para dar forma al bloque de ensaye. Balanza de precisión 0,01 gr.

Procedimiento 1.- Contar con una muestra de suelo representativa y razonablemente inalterada, la cual se debe cortar con el cuchillo cartonero de manera suave y controlada. La muestra para ensaye en referencia debe ser en forma de cubo, con dimensiones mínimas de 3x3x3 cm. Una vez cortada masar y registrar su peso húmedo de la muestra (M). 2.- Derretir la parafina en una sartén o en una placa de metal contendora entre 60ºC y 70ºC, sumergir la muestra amarrada con un hilo o cordel liviano en la parafina derretida y dejar estilar para secar el revestimiento. Repetir la inmersión y secado hasta formar una capa continua. 3.- Una vez seca masar la muestra para registrar el peso de la muestra recubierta con parafina (Mpc). 4.- Sumergir la muestra cubierta en parafina en la probeta graduada con agua medida y determinar el volumen de agua desplazada (Vpc).

5.- Retirar la capa de parafina de la muestra utilizando el cuchillo cartonero. Colocar la muestra humedad, registrar la masa humedad al momento de ensaye (M`) con la balanza. 6.- Colocar la muestra en contenedor de secado de muestra y secar en el horno a 110ºC. Posteriormente masar y registrar el peso seco (Ms). Cálculo Para la determinación de la densidad natural aparente del suelo (ρ) se debe realizar la corrección del volumen de la capa de parafina de acuerdo a lao siguiente: (1) 𝑀𝑝 = (𝑀𝑝𝑐 − 𝑀) 𝑀𝑝 (2) 𝑉𝑝 = ( 𝜌𝑝 ) Con ρp densidad conocida de la parafina, Mpc masa de muestra cubierta de parafina en gramos y M masa de muestra húmeda inalterada en gramos. Los resultados de (1) corresponden a la masa de la parafina (Mp) y para (2) es el volumen de la parafina del recubrimiento (Vp). Para determinar el cálculo del volumen del suelo se cuenta con las siguientes ecuaciones: (3)

𝑉 = (𝑉𝑝𝑐 − 𝑉𝑝)

(4)

𝜌 = (𝑀/𝑉)

Con Vpc siendo el volumen de la muestra con parafina en cm3. Como resultado de (3) se obtiene el volumen de la muestra de suelo (V) y de (4) la densidad aparente de la muestra inalterada (ρ). En el contenido global de humedad de la muestra, esta se debe obtener de los pesos controlados de masa seca de muestra para permitir que la densidad en seco sea un valor calculable: (5)

𝑊𝑑 = (𝑀` − 𝑀𝑠)/𝑀𝑠

Con M` correspondiendo a la masa húmeda de la muestra una vez retirada la parafina en gramos, y Ms la masa de la muestra inalterada en gramos. En resultado de esta ecuación se cuenta la humedad en términos de masa seca en horno. Luego (5) en (6): (6)

𝜌

𝜌𝑑 = ( + 𝑊𝑑) 1

Con ρ la densidad aparente calculada en (4). En resultado de la ecuación (6) corresponde la densidad en seco de la muestra de suelo. Presentación de datos en informe - Densidad aparente de la muestra inalterada (ρ). - Densidad de muestra seca (ρd) (precisión de 0,01 gr/cm3). - Indicar método utilizado en ensaye. - Contenido de humedad (Wd) (con precisión del 0,1% e indicar en términos de masa seca o masa húmeda). - Autor del ensaye. - Lugar de ensaye. - Temperatura ambiental de control en ensaye (en grados ºC).

Estudios sobre la efectividad del método En casos particulares de estudios en la agroindustria y la geotecnia se han realizado comparaciones de este ensayo con otros sujetos a normativa internacional como la ASTM u otras normativas establecidas en cada país, siendo principalmente la comparación con el método de estimación de densidad en cilindro inalterado de muestra (), el método de probeta y el método de la parafina entorno a la calidad de dato en la variación de densidades mediante el coeficiente de variación (CV) entre ensayos para el mismo suelo. Estudios entre estos ensayos tipo para rotativas en muestras de suelos de control como el presentado por Rojas (2012) indican una variación mínima en comparación de este método ante los normados, indicando que el CV en comparación puede ser circunstancialmente mayor a métodos del cilindro o de la probeta entorno a las densidades mínimas y máximas del material, no obstante, los valores medios no distan de una gran diferencia entre los resultados de cada ensayo (Fig. 1) . Esto puede estar relacionado al efecto que posee el % de limo + arcilla dentro del suelo, el cual modifica principalmente la variabilidad de densidad in situ dado a las características de compresibilidad y consolidación.

Figura 1. Medidas de resumen presentada para 3 métodos y las 3 rotaciones realizadas para el ensayo de densidad relativa de suelo en el estudio de Rojas (2012) Los resultados indican que para los métodos del cilindro y el de probeta son los más cercanos a los valores estándares de un suelo tipo (Pennock et al., 2008), no obstante, la variación de las densidades medidas por lo métodos y su potencial uso es mínima considerando la media determinada en el caso ejemplo de Rojas (2012) . Dada a las variaciones mínimas respecto a un valor tipo de densidad media de suelo, se puede considerar que el método de la parafina es versátil tomando en cuenta la disponibilidad de equipamiento, menor material de control necesario para laboratorio y simplicidad en el procedimiento de cálculo para una obtención referencial de la densidad relativa del suelo a controlar. Se recalca la que para la publicación de resultado de este tipo de ensayo se debe incluir el nombre del mismo y el factor de tolerancia respecto a valores estándares de suelos o un valor adquirido con un método más preciso.

Referencias ASTM D4531-86 “Standard Test Methods for bulk Density of Peat and Peat Products” ASTM D4531-15 “Standard Test Methods for Bulk and Dry Density of Peat and Peat Products” Bonifaz, H. 2014. Guía Práctica No.3 Densidad de Campo de Peso Específico Aparente – Método de la Parafina. REGISTROS DEL SISTEMA DE CALIDAD PT-03. Laboratorio de ensayo de Materiales, Departamento de Ciencias de la Tierra y de la Construcción. Universidad de las Fuerzas Armadas de Ecuador (ESPE). Ecuador. Medina, P., Barra, E. y Guzmán, L. 2008. Guía de laboratorio de Geotecnia. Departamento de Ingeniería en Obras Civiles, Facultad de Ingeniería. Universidad de Santiago de Chile. Santiago, Chile. Pennock, D., Thomas, Y. y Braidek, J. 2008. Soil Sampling Designs. Soil Sampling and Methods of Analysis. En: Soil Sampling and methods of analysis. Segunda Edición, Taylor y Francis Group (Carter, M.R., Gregorich, E.G., 2008). DOI: 10.1201/9781420005271.ch1 Rojas, J. 2012. Comparación de métodos de determinación en Ensayo de rotaciones de siembra directa. Estación Experimental Agropecuaria Sáenz Peña, INTA Centro Regional Chaco Formosa. Chaco, Argentina....