DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
MECÁNICA DE SUELOS
Página 2
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
Determinar la densidad natural aparente del suelo por el Método de la Parafina. Determinar la variación de la densidad aparente de la parafina. Conocer una propiedad del suelo; en este caso para partículas de grano grueso o agregado grueso. Llegar a dominar correctamente los equipos necesarios para determinar la densidad aparente del suelo.
Para este método no se halla aun norma emitida por la AASHTO o la ASTM pues no se ha podido establecer un solo mecanismo para la instalación correcta y cilindros correctos para determinar la densidad de la parafina y la densidad del suelo. Método para agregados gruesos y duros de gran tamaño: AASHTO T 181 ASTM E 30 ; AASHTO T19M-00 Método de los cilindros: AASHTO T204
MECÁNICA DE SUELOS
Página 3
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
En mecánica de suelos, es la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, la cual expresa la masa por unidad de volumen. La densidad es un magnitud intensiva. Donde:
densidad aparente del suelo.
ρ
masa del suelo. volumen del suelo. ρ
Para este ensayo se hace la utilización de suelos cohesivos, pues es aplicativo dependiendo de la cohesión del suelo además de sus parámetros de resistencia que se estudiara próximamente.
La influencia de la forma y de las características mineralógicas en los suelos cohesivos (exclusivamente partículas menores del tamiz N° 200). Por ello consideramos la posibilidad de disponer de dos suelos de origen distinto: uno de origen granítico (producto de la descomposición de la roca granítica) y el otro de origen basáltico (producto de la descomposición de la roca basáltica). La son los atributos observables a campo del suelo dentro de los varios horizontes de suelo, con la descripción de la clase y el arreglo de los horizontes. C.F. Marbut vinculó la morfología de suelo con las teorías de la pedogénesis para la clasificación de suelo ya que las teorías de la génesis de los suelos son tanto efemerales como dinámicas. Los atributos observables ordinariamente descriptos a campo incluyen: composición, forma, estructura del suelo, organización del suelo, color base del suelo y asuntos como moteados, distribución radicular, poros, evidencia de materiales traslocados como carbonatos, hierro, manganeso, carbono, arcilla, consistencia del suelo. MECÁNICA DE SUELOS
Página 4
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
Las observaciones se llevan a cabo en un perfil de suelo. Un perfil es un corte vertical, de dos dimensiones, en el suelo y de un lado del pedón. El pedón es la unidad tridimensional más pequeña del suelo, y no debe tener menos de 1 m², para adquirir el rango lateral de variabilidad. La porosidad del tope de suelo típicamente decrece con el aumento de la granulometría. Esto se debe a que la formación de agregados de suelo en suelo más finamente de superficies texturadas cuando son sujetos de los procesos biológicos de suelo. La agregación involucra la adhesión de partículas, y más alta resistencia a la compactación. Una densidad aparente de un suelo arenoso está entre 1,5- 1,7 g/cm 3. Esto calcula su porosidad entre 0,43-0,36. Una densidad aparente de un suelo arcilloso es de 1,1- 1,3 g/cm3, dando una porosidad de 0,58-0,51. Así puede intuitivamente ir entendiendo el porqué los suelos arcillosos son pesados , implicando menor porosidad. Lo pesado aparentemente se refiere al contenido de humedad gravitacional, en combinación con la terminología de las fuerzas relativas requeridas para empujar aperos de labranza a través de un suelo arcilloso y un contenido de humedad a campo comparado con arena. La porosidad del suelo subsuperficial es más bajo que el superficial debido a la compactación por gravedad. Una porosidad de 0,2 es considerada normal para gravas no mezcladas, a profundidades por debajo del manto biológico. La porosidad en materiales más finos debajo de la influencia agregante de la pedogénesis, con expectativas de aproximarse a ese valor. La porosidad del suelo es compleja. Los modelos tradicionales tomaban a la porosidad como un continuo. Esta falla producía acontecimientos anómalos y sólo producía resultados aproximados. O sea que no es posible ayudar al modelo a copiar los factores ambientales que afectan la geometría de los poros. Se han propuesto un número de más complejos modelos, incluyendo fractales, teoría de la burbuja, teoría del cracking, procesos de función booleana, esferas empacadas, y numerosos otros modelos.
MECÁNICA DE SUELOS
Página 5
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
Resulta una evaluación muy necesaria en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, generalmente no permiten la obtención de muestras inalteradas, y mediante la se puede reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra alterada. Existen diferentes procedimientos, entre ellos:
Como se ha mencionado anteriormente, el presente método nos permite determinar rápidamente y con precisión la Densidad Seca y la Humedad de los suelos en el campo, sin tener que recurrir a métodos de intervención física, tales como la extracción de testigos. El equipo utilizado para este ensayo, determina la Densidad mediante la trasmisión, directa o retrodispersada, de los rayos gamma, cuantificando el número de fotones emitidos por una fuente de Cesio-137. Los detectores ubicados en la base del medidor detectan los rayos gamma y un microprocesador convierte los conteos en una medida de Densidad. Por el contrario, para determinar la Humedad de los suelos y materiales semejantes, se utiliza el principio de termalización de neutrones. El Hidrógeno (agua) en el material frena los neutrones emitidos por una fuente construida de Americio 241: Berilio. La detección de los neutrones frenados se hace mediante detectores de Helio-3 situados en base de la sonda. la La utilización de instrumentos nucleares para la determinación de MECÁNICA DE SUELOS
Página 6
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
densidades y humedades ha sido aprobada por la ASTM (American Society of Testing and Materials).
El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Es el método lejos más utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.). Aparato cono de arena, compuesto por una válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de capacidad. El aparato deberá llevar una placa base, con un orificio central de igual diámetro al del embudo. - Arena estandarizada, la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta masa constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material que pasa por la malla Nº 20 ASTM (0,85 mm.) y queda retenida en la malla Nº 30 ASTM (0,60 mm.). Estos métodos consisten en realizar un orificio en el suelo para determinar el peso seco del material y el volumen que ocupaba dicho material.
Otros métodos
MECÁNICA DE SUELOS
tradicionales son:
Página 7
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
El procedimiento es similar al del método del cono de arena; se hace un hueco de prueba y se determina el peso húmedo del suelo tirado del hueco y su contenido de humedad. Sin embargo el volumen del hueco se determina introduciendo a este un globo de hule con agua de un recipiente calibrado, del cual el volumen se lee directamente. Aplicable a suelos donde predominan las partículas mayores a 50mm, en suelos como gravas uniformes, en donde la utilización de la arena no resulta conveniente puesto que este ocuparía los vacios que originalmente poseen las gravas. En reemplazo de arena, es común utilizar gravilla o bolitas de vidrio.
Aplicable a suelos donde predomina la grava media y gruesa. Una vez nivelada la superficie, se coloca un anillo metálico de diámetro aproximado de 2 metros y se procede a excavar el material que encierra el anillo en una profundidad de 30 cm. Una vez removido el material se coloca una membrana plástica que adapta perfectamente al interior del anillo y al fondo de la grava. Esta membrana s llena con agua, registrando el volumen que llena la cavidad y que corresponde al volumen del material extraído.
Aplicable en suelos finos poco permeables, una vez nivelada la superficie, se coloca la placa de diámetro pequeño y se excava aproximadamente 5 cm y se extrae la muestra a la cual se le calculara la humedad. En un cilindro se agrega una cantidad e aceite que ser la lectura final, y se le vierte en el hoyo para medir su volumen.
Se utiliza para determinar la densidad de suelos cohesivos en estado natural, en suelos compactados y suelos estabilizados, donde se determina el peso y volumen de muestras en estado inalterado. Estas muestras son extraídas cuidadosamente mediante un cuchillo o espátula y son recubiertas son parafina MECÁNICA DE SUELOS
Página 8
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
solida.de la pared de la excavación se extrae una muestra representativa para determinar el contenido de humedad. La muestra no perturbada, se pes y se determina su volumen al depositar dentro de un sifón, leyendo en un cilindro graduado de volumen de agua constate desplazado al cual se le debe restar el volumen de la parafina que recubre la muestra por lo cual es necesario saber la densidad de esta.
MECÁNICA DE SUELOS
Página 9
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
MECÁNICA DE SUELOS
Página 10
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
-Primeramente escoger muestra de suelo cohesivo es decir suelo arcilloso generalmente graso, el suelo arcilloso sirve de mucho pues en el campo no se MECÁNICA DE SUELOS
Página 11
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
encuentra suelo compactado natural sino suelo disgregado, una vez escogida la muestra proceder a disgregar todos aquellas zonas angulosas donde puedan caerse por efecto de la erosión para poder limpiar con ayuda de la brocha para que resista a los continuos movimientos durante el ensayo. -Luego de haber escogido bien la muestra escoger un anillo de acero para poder medir las dimensiones y extraer un ponderado de dichas medidas, tanto como diámetro interior, exterior y altura, aplicando para ello el uso del vernier.
-Posterior a ello pesamos el cilindro y la muestra solamente en la balanza de tres brazos, muchas veces pesan el cilindro en la balanza digital para obtener una mayor precisión, lo mismo haremos con la muestra, por supuesto antes aver tarado ambas balanzas.
MECÁNICA DE SUELOS
Página 12
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
-Posterior a este paso cortar parafina y ponerla en una bandejilla plana a la luz de una cocina eléctrica para que se derrita y pueda ser factible el bañado de anillo de acero así mismo la muestra de suelo cohesivo, ayudándose de guantes para no quemarse y cucharon para cubrir toda la muestra.
Una vez bañado la muestra con el anillo de acero, proceder a volver a pesar pero esta vez con balanza y el dispositivo de balde para peso sumergido y así cumplir con el principio de Arquímedes que se establece para este ensayo, como supera la canastilla el kilo, conectaremos a la balanza un peso de 1kilo para poder establecer y cumplir el peso requerido con canastilla.
-Seguidamente conectar todo el dispositivo y de nuevo tararlo para las nuevas pesadas.
MECÁNICA DE SUELOS
Página 13
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
-Por ultimo hallar el contenido de humedad del suelo cohesivo pero esta deberá ser extraída del interior de la muestra que se sumergió de suelo, para ello con un combito pequeño destrozarlo y solo una pequeña porción de este se llevara al horno, desde luego para determinarla será necesaria la aplicación de la balanza digital pues la de tres brazos ya no será necesaria.
En el caso de la parafina, es imposible calcular su densidad mecánicamente en laboratorio es por ello que la determinamos asemejando este con un cilindro bañado de parafina que tendrá un peso y volumen consistente que ayudara mejor para su cálculo:
MECÁNICA DE SUELOS
Página 14
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
MECÁNICA DE SUELOS
Página 15
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja
Donde se puede calcular el volumen de la parafina:
ρ ρ ρ
MECÁNICA DE SUELOS
Página 16
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
ρ ρ
ρ ρ ρ
MECÁNICA DE SUELOS
Página 17
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
Este método de exploración debe usarse en aquellos casos en que el reconocimiento del perfil estratigráfico necesario que se deberá estudiar, no pueda ser realizado mediante calicatas, ya sea porque se requiere reconocer el perfil en una profundidad importante, o bien por presencia de agua. En los estudios viales, este tipo de método se limita generalmente al estudio de fundaciones de estructuras principales y al estudio de estratos de compresibilidad con relación de densidad aparente de dicha columna estratigráfica de cada suelo. Los suelos finos como arcillas, exentos de gravas, pueden ser bien estudiados mediante sondajes. La información que puede obtenerse de sondajes efectuados en suelos con gravas es generalmente incompleta y deficiente, pero en determinados casos resulta ser la única posible de realizar una óptima densidad. Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelo no drenado en laboratorio; utilizado en la construcción de terraplenes de tierra, estructuras de relleno, etc en los cuales se detectara la presencia de arcillas.
Concluimos que la densidad aparente del suelo cohesivo es distinto y menor que el suelo friccionante(partículas redondeadas) con el que se ensayo el informe No 2, resultando en ese entonces .Además para suelos cohesivos dicha densidad es permitida dentro del rango establecido por la También se concluye que la densidad de la parafina resulto pues esta varía de acuerdo a la reutilización de esta, por lo que cada vez que se vaya a determinar la densidad del suelo requiere un nuevo análisis de densidad de parafina. Utilizar en lo posible balanza que aguante más de 2 kilos, haciéndose necesaria la de tres brazos pues se conectara a esta un dispositivo en el cual se hará pesadas con cuerpo sumergido, incluyendo canastilla que contenga a dichas muestras.
MECÁNICA DE SUELOS
Página 18
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
Escoger muestras diferentes en cantidad de suelo cohesivo, es decir 3-4 muestras para tener una mejor aproximación de la verdadera densidad del suelo, además de limpiarlas y terminar de romper todas aquellas zonas que puedan desprenderse durante el ensayo. Muy importante que se hace necesario es bañar correctamente la muestra con parafina, sin dejar de lado ningún espacio pues como es un suelo arcilloso, él agua penetrara por dichos espacios y hará que la arcilla se disuelva provocando erosión en esta y malogrando todo el ensayo. Es recomendable tomar también el contenido de humedad de dicho suelo, rompiendo la muestra con parafina y tomando solo la parte central como muestra para el horno. No olvidarse de calibrar correctamente la balanza de tres brazos para su operación, así mismo tararla con la bandeja y el balde de agua para el peso sumergido.
Manual de laboratorios de suelos, Joseph E. Bowles. Mecánica de suelos, Ángel Huanca Borda. Manual de laboratorio de Construcción,ICG Manual de geotecnia de la Universidad de Salamanca. http://www.constructorcivil.org/2010/02/densidad-de-campo-metododel-cono-de.html http://es.scribd.com/doc/57703099/INFORMES-DE-MecSuelos http://ficperu.webs.com/especialidades
MECÁNICA DE SUELOS
Página 19
DENSIDAD APARENTE DEL SUELO ´´MÉTODO DE LA PARAFINA``
MECÁNICA DE SUELOS
Página 20
