Determinación de los parámetros macroestructurales de un Ultrasol requeridos por el Método de los Elementos Distintos para la simulación del desgaste de los aperos de labranza
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Resumen
En el presente trabajo se investiga la influencia del estado de humedad y densidad en el comportamiento de los parámetros físicos y macroestructurales de un Ultrasol, requeridos por el Método de los Elementos Distintos (MED) para la simulación del desgaste de los aperos de labranza. Para el cumplimiento del objetivo planteado se realizaron ensayos físicos en función de caracterizar estos suelos desde este punto de vista, así como se determinaron los parámetros macroestructurales del suelo y de la interfase suelo-herramienta de labranza mediante ensayos de corte directo y corte directo modificado, determinando el módulo cortante, el ángulo de fricción interna, la cohesión, el ángulo de fricción y la adhesión suelo-herramienta de labranza, estudiándose por vez primera en Cuba estos parámetros en un suelo agrícola de textura arenosa- loamosa. Los resultados permiten establecer las dependencias variacionales de los parámetros macroestructurales investigados con respecto al contenido de humedad y densidad del suelo, poniéndose de manifiesto que las magnitudes y tendencias de dichos parámetros están condicionadas por el contenido de humedad presente en el suelo y su estado de densificación, mostrando valores del módulo cortante que oscilan de 1 820,58 a 2 739,36 kPa; ángulo de fricción interna de 19,78 a 31,44º; cohesión de 8,19 a 18,68 kPa; fricción externa de 12,96 a 26,97º, la adherencia suelo metal de 5,76 a 9,16 kPa y el coeficiente de Poisson 0,36.
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Citas
ASAF, Z.; D. RUBINSTEIN & I. SHMULEVICH: “Evaluation of link-track performances using DEM”, Journal of Terramechanics,
: 141-161, 2006.
ASAF, Z.; D. RUBINSTEIN y I. SHMULEVICH: “Determination of discrete element model parameters required for soil tillage”, Journal
of Soil & Tillage Research, 92(1): 227-242, 2007.
BAVER, L. D. & W. R. GARDNER: Soil Physics: Soil Dynamics Property, New York, 1972.
CAIRO, C. P. y G. QUINTERO: Suelos, Editorial Pueblo y Educación ed, Ciudad Habana, 1980.
CAÑAVATE, J. O. y J. L. HERNÁNDEZ: Técnica de la Mecanización Agraria, 1-643pp., 3ra edición. Ediciones Mundi-Prensa ed, Es-
paña, 1989.
COETZEE, C. J. & D. N. J. ELS: “Calibration of granular material parameters for DEM modelling and numerical verification by blade-
granular material interaction”, Journal Terramechanics, 30(46): 15-26, 2009.
CHI, L.: “An elastoplastic constitutive model for agricultural cohesive soil”, Journal Canadian Agricultural Engineering, 35(4): 245-251,
CHI, L. & R. L. KUSHWAHA: “A non-linear 3D finite element analysis of soil failure with tillage tools”, Journal of Terramechanics,
(4): 343-366, 1990.
DAVOUDI, S.; R. ALIMARDANI; A. KEYHANI & R. ATARNEJAD: “A two dimensional Finite Element analysis of a plane tillage tool
in soil using a non-linear elasto-plastic model”, American-Eurasian Journal Agricultural & Environment Science, 3(3): 498-505, 2008.
DE LA ROSA, A. A. A.; S. M. HERRERA y C. O. GONZÁLEZ: “Propiedades Macroestructurales de un Vertisuelo requeridas para la
simulación computacional de la interacción suelo-apero de labranza mediante el Método de Elementos Finitos (MEF)”, Revista Ciencias
Técnicas Agropecuarias, 20(2): 1-15, 2011.
DURÁN, G. H. M.: “Efecto de la humedad en la resistencia mecánica de un suelo franco”, Journal of Terra Latinoamericana, 20(3):
-234, 2002.
FIELKE, M. J.: “Finite element modeling of the interaction of the cutting edge of tillage implements wet soil”, Journal Agriculture
Engineering Research, 74: 91-101, 1999.
FRANCO, Y.; D. RUBINSTEIN & I. SHMULEVICH: Determination of discrete element model parameters for soil-bulldozer blade
interaction. En: 15th international conference of the ISTVS, September, pp. 25–29, Hayama, Japan. 2005.
GALLARDAY, B. T. E.: “Estudio de mecánica y resistencia de suelos: caso Lima”, Revista del Instituto de Investigación de la Facultad
de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica, 8(15): 78-87, 2005.
GARCÍA DE LA FIGAL, C. A.: “Estudio de la fricción suelo-metal y suelo-plástico para dos suelos cañeros cubanos”, ISPJAE, Revista
Ciencias Técnicas, Serie 8, Ingeniería en Construcción de Maquinaria, 3: 107-122, abril de 1978.
GITAU, A. N.; L. O. GUMBE Abril & S. K. MWEA: “Mechanical behavior of a hard-setting luvisol soil as influenced by soil water and
effective confining stress”, Journal Agricultural Engineering International, 10: 1-14, 2008.
GONZÁLEZ, C. O.; C. C. IGLESIAS; S. M. HERRERA; B. E. LÓPEZ y I. Á. L. SÁNCHEZ: “Influencia de la humedad en parámetros
elastoplasticos empleados para la modelación de la compactación del suelo”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(3): 1-5, 2008.
HERRERA, M. S.; C. C. IGLESIAS; C. O. GONZÁLEZ; B. E. LÓPEZ y I. Á. L. SÁNCHEZ: “Propiedades mecánicas de un Rhodic
Ferralsol requeridas para la simulación de la interacción suelo implemento de labranza mediante el Método de Elementos Finitos: Parte
I”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(3): 31-38, 2008.
HERRERA, S. M.: Propiedades dinámicas de los vertisuelos que intervienen en el diseño de órganos escarificadores, Ed. Universidad
Agraria de La Habana, Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA), La Habana, Cuba, 2002.
HERRERA, S. M.: Simulación del comportamiento mecánico de los suelos ferralíticos rojos mediante el método de elementos finitos,
pp., Tesis (presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas Agropecuarias), Universidad Agraria de La
Habana, La Habana, Cuba, 2006.
MARRÓN, G. R.: Curso para profesionales. Maquinaria agrícola y labranza, pp. 1-16, Bahía Blanca, Argentina, 2002.
MOUAZEM, M. A.: “Mechanical behavior of the upper layers of a sandy loam soil under shear loading”, Journal of Terramechanics,
(3): 115-126, 2002.
MOUAZEM, M. A.; R. J. HERMAN & J. D. BAERDEMAEKER: “Effects of bulk density and moisture content on selected mechanical
properties of sandy loam soil”, Journal Biosystems Engineering, 83(2): 217-224, 2002.
NÁPOLES, M. A.; C. ALEMANY; A. GONZÁLEZ; J. VÉLEZ y O. DÍAZ: Características Edafológicas de Cuba, Ed. Dirección Nacional
de Suelos, Ministerio de Cultura. Editorial Científico-Técnica ed, La Habana, Cuba, 1992.
NC 10:1998: “Geotecnia. Preparación de las muestras de suelos Vig Diciembre 1998”.
NC 20:1999: “Geotecnia. Determinación de la granulometría de los suelos. Vig. Abril 1999”.
NC 19:1999: Determinación del peso especifico de los suelos, Geotecnia, Vig. Febrero 1999
NC 58:2000: Determinación del límite liquido, limite plástico e índice de plasticidad de los suelos, Geotecnia, Vig. Septiembre 2000
NICHOLDS, M. L.: “Dynamcs properties of soil affecting implement desing”, Journal Agricultural Engineering (EUA), 2(6): 201-204, 1930.
OBANDO, R. T.: Evaluación de la situación actual de inestabilidad del terreno en el área del centro de salud, Murra, Nueva Segovia,
-26pp., Huelva, España, Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/situacion-inestabilidad-terreno-centro-salud/situacion-
inestabilidad-terreno-centro-salud.pdf. [Consulta: 25 de Junio del 2012].
PÉREZ DE CORCHO, R. J.; S. M. HERRERA y C. C. IGLESIAS: Determinación de las propiedades físico-mecánicas de suelos ferralíticos
rojos en áreas de producción de piña. En: Sexta Conferencia Científica Internacional, 18-21 de Octubre, Ciego de Ávila, Cuba, 2004.
RAPER, R. L. & C. D. ERBACH: “Effect of variable linear elastic parameters on finite element prediction of soil compaction”, Journal
Transactions of the ASAE, 33(3): 731-736, 1990.
RECAREY, C. A.; E. OÑATE; J. MIGUEL; J. ROJEK; F. ZARATE y S. BURREL: Simulación de problemas de desgaste en la interacción
herramienta de corte terreno empleando el Método de los Elementos Discretos, 1-25pp., 2001.
RODRÍGUEZ, O. M.: Estudio de las propiedades físico-mecánicas de los suelos de mal drenaje de la costa norte de villa clara, rela-
cionadas con la compactación y la traficabilidad, (Informe de investigación terminada, Proyecto CITMA Territorial. Co: 080103), Villa
Clara, Cuba, 1999.
SHMULEVICH, I.: “State of the art modeling of soil-tillage interaction using discrete element method”, Journal Agricultural Engine,
: 41-53, 2010.
SOIL SURVEY STAFF: Key to soil taxonomy, 1-556pp., 5th Edition. SMSS technical monograph ed, Virginia, 1992.
SONI, P. & V. SALOKHE: “Theoretical Analysis of Microscopic Forces at Soil-tool Interfaces: A Review”, Journal Agricultural Engi-
neering International, 8: 1-25, 2006.
SRIVASTAVA, A. K.; G. F. GOERRING & R. ROHRBARCH: “Engineering Principles of Agricultural Machines: Soil Mechanics”,
Journal of the ASAE, USA, 1993.