DENSIDAD APARENTE Introducción
El suelo por lo general se presenta como un cuerpo poroso, y por tanto, tiene dos densidades: La densidad real, asumida de la densidad media de sus partículas sólidas, y la densidad aparente, tomando en cuenta el volumen de poros incluidos en el suelo. En razón de lo anterior, la densidad aparente sirve para determinar el contenido total de porosidad en un suelo y su interpretación ayuda a estimar la capacidad de compactación y la facilidad con que circulan tanto el agua como el aire por la estructura del terreno en estudio. La densi densida dad d apar aparen ente te pued puede e ser ser incl inclui uida da dent dentro ro del del grupo grupo míni mínimo mo de parámetros a medir para evaluar la calidad de un suelo, como indicador de la estructura, la resistencia mecánica y la cohesión del mismo (Doran, et al.,1994). Para determinar la densidad aparente de un suelo, existen varios métodos. Uno de ellos es el método de la parafina sólida (paraffin wax method) cuyo procedimiento se basa en el principio de Arquímedes. Esto es, que el volumen de la muestra sumergida se traducirá en el volumen del agua desplazada. Para lograr que la muestra de suelo se mantenga inalterada durante el proceso, proceso, se cubre con una o varias capas de parafina parafina que pasa rápidamente rápidamente de un estado líquido (entre 60º y 70º) a uno sólido a temperatura ambiente. De este modo se logra evitar que la humedad penetre la muestra y sature los poros. También se evita que la muestra se disuelva en el agua. El procedimiento para este método es relativamente sencillo, práctico y su proce proceso so es ampl amplia iame ment nte e cono conoci cido do por por los los espe especi cial alis ista tas. s. Aun Aun así, así, no exis existe te normativa oficial en Chile que haga referencia a este método. Para efectos del presente informe, se toma como referencia la norma ASTM D 4531-86, Bulk Density of Peat and Peat Products, que incluye dos método métodoss para para determ determina inarr la densid densidad ad aparen aparente te sobre sobre muestr muestra a inalte inalterada radas. s. El método de la parafina, es el que se transcribe a continuación:
Método de parafina sólida
8. Procedimiento. 8.1 Tomar una muestra de suelo representativa, razonablemente inalterada y cortarla tan suavemente como sea posible. Pesar y registrar la masa húmeda de la muestra, M . 8.2 Sumergir por un momento la muestra de suelo en parafina derretida a una temperatura de entre 60 y 70 ° C. Permita que el exceso de parafina estile y dejar secar todo el revestimiento. Repita la inmersión y secado hasta que se forme una capa continua. 8.3 Obtener y registrar la masa de la muestra recubierta con parafina, Mpc . 8.4 Sumergir la muestra recubierta con parafina en una probeta graduada con agua y determinar el volumen, Vpc , mediante la observación del volumen de agua desplazada. 8.5 Retire la capa de parafina de la muestra utilizando un cuchillo afilado. 8.6 Coloque el resto de la muestra en un recipiente para el contenido de humedad (moisture content container), y registrar la masa húmeda del suelo, M’ , con la exactitud especifica por la balanza utilizada. 8.7 Secar la muestra en un horno a 105 ° C hasta alcanzar una masa constante. Registre la masa del suelo seco, Ms.
9. Cálculo 9.1 Para determinar la densidad aparente del suelo, ρ, se debe realizar la corrección del volumen de la capa de parafina de acuerdo a lo siguiente: Masa de la capa de parafina = Mp = (Mpc – M) Volumen de la parafina del recubrimiento = Vp = (Mp / ρp)
(5)
Dónde: Mpc = masa de la muestra recubierta de parafina, gr. ρp = densidad de la parafina, gr/cm³, Y M = masa de la muestra húmeda inalterada, gr.
Volumen de la muestra de suelo = V = (Vpc - Vp)
(6)
Densidad aparente, ρ = (M / V) Dónde: Vpc = volumen de la muestra con parafina, cm³. 9.2 El contenido de humedad, Wd , en este método de ensayo debe ser obtenida en términos de masa seca para permitir que la densidad en seco, ρd , pueda ser calculada. Wd = (M’ – Ms) / Ms
(7)
Dónde: M’ = masa húmeda de la muestra una vez retirada de la parafina, gr, y Ms = masa seca de la muestra, gr. 9.3 La densidad en seco, ρd , de la muestra se calcula como sigue: ρd = ( ρ/1 + Wd)
(8)
Dónde: Wd = contenido de humedad en términos de masa seca al horno.
10. Informe 10.1 El informe deberá incluir lo siguiente: 10.1.1 Informe de densidad aparente, ρ, y de densidad seca, ρd, con una precisión en sus valores de 0.01 gr/cm³. También se debe indicar el método utilizado para determinar dicha información.
10.1.2 El contenido de humedad, w, con una precisión de 0,1%. Es de suma importancia que se indique si la humedad contenida es en términos de la masa seca o de la masa total de la muestra de suelo. 11. Precisión y Desviación estimada. 11.1 Precisión - El subcomité está buscando los datos pertinentes a través de los usuarios de este método de ensayo para determinar la precisión de este. 11.2 Desviación estimada- Puesto que no hay material de referencia que se acepte como adecuado para determinar el sesgo de este procedimiento, la desviación estimada no ha sido determinada.
Aplicación
El equipo mínimo necesario para llevar a cabo este ensayo, una vez obtenida la muestra, es el siguiente: 1- Frasco vidrio de volumen graduado. 2- Balanza con precisión de 0.1 gr. 3- Parafina sólida. A modo de ejemplo, se asume que la muestra húmeda pesó 155.5 gr. Una vez cubierta con parafina pesó 180.5 gr. Con estos datos se puede calcular la masa de la parafina: Masa de la muestra con parafina – Masa de la muestra Masa Parafina = 170.5 gr. – 155.5 gr. = 15 gr. Se sumerge la muestra cubierta con parafina en el frasco graduado con agua y se obtiene el volumen del agua desplazada. En este ejemplo será de 84.5 cm³. Se sabe que la densidad de la parafina es de 0.75 gr/cm³. por tanto: Volumen de la Parafina = Masa de la parafina/Densidad de la parafina Vol. Parafina = 15 gr./ 0.75 gr/cm³. = 20 cm³ Con los datos anteriores se puede calcular el volumen de la muestra: Volumen de la Muestra = Vol. Agua desplazada – Vol. Parafina. Vol. De la muestra = 84.5 cm³ - 20 cm³ = 64.5 cm³ Con esta información ya se puede determinar la densidad aparente de la muestra de suelo en estudio: Densidad aparente, ρ = (M / V) Densidad aparente = 155.5 gr./64.5 cm³ = 2.41 gr/cm³.
CONCLUSIÓN Este método, además de ser sencillo en su proceso, no necesita de grandes recursos para ser ejecutado y sus resultados son confiables y de una precisión aceptable. Quizás la única dificultad radica en la obtención de la muestra que debe ser “razonablemente inalterada” según la norma. Sin embargo, existen herramientas especialmente diseñadas para dicho fin con lo cual se logran resultados óptimos en el trabajo de laboratorio. Con este método además se puede calcular el contenido de humedad y también la densidad en seco con lo que completa buena parte de los datos básicos para determinar las características fundamentales de un suelo.
Bibliografía: - ASTM D4531-86 “Standard Test Methods for Bulk Density of Peat and Peat
-
Products”. Guía de laboratorio de Geotecnia; 2008; P. Medina, E. Barra, L. Guzmán
