CAPÍTULO 7: Compactación de Suelos: el Suelo como Material de Construcción.
7.6 Métodos para el control de compactación en terreno
La forma más habitual de controlar la compactación en terreno, es por medio de la obtención de la densidad seca de la masa de suelo compactada. Para ello, existen diferentes ensayos que permiten obtener la densidad húmeda del terreno y determinada su humedad, se puede conocer la densidad seca de acuerdo a la expresión:
w
h d=
+
1
γ
γ
Los resultados obtenidos permiten verificar los requisitos impuestos en un proyecto, en el cual el control de la compactación se hace sobre la base de la densidad seca.
Entre los métodos más utilizados, se encuentran el método del cono de arena y los instrumentos nucleares.
Método del cono de arena
Este método se basa en obtener el peso del suelo húmedo de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa de suelo compactada. Obtenido el volumen de dicho agujero, la densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión: excavación húmedo húmedo
V
P
=
γ
Al determinar posteriormente el contenido de humedad del material extraído, el peso unitario seco será:
w
h d=
+
1
γ
γ
El método del cono de arena es uno de los más utilizados y representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero. Para ello las normas suelen recomendar el uso de una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas de 2 mm y 0,5 mm. El inconveniente de este tipo de material es su sensibilidad al modo en que sea depositado.
El procedimiento consiste en excavar el agujero, extraer todo el material evitando pérdidas y almacenarlo de modo tal que no varíe su humedad en terreno.
Para determinar el volumen del agujero se emplea un recipiente que posee una válvula y embudo (figura 7.5); y arena estandarizada, de la cual se debe conocer previamente su densidad aparente suelta (DAS).
Válvula de cierre
Figura 7.5
El procedimiento para efectuar la calibración del equipo y la ejecución del ensayo se encuentran descritos en el manual de laboratorio que complementa al presente texto.
Es importante que en el momento del ensayo en terreno, se evite cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar que se introduzca material en el agujero excesivamente.
Instrumentos nucleares
Con los métodos nucleares el tiempo necesario para determinar la humedad y densidad en un punto superficial del suelo es mínimo, lo cual se traduce en una menor interferencia con los equipos de compactación. Permiten hacer determinaciones profundas de densidad y humedad.
Dentro de las desventajas se pueden mencionar que sus resultados dependen de muchos factores de error y el empleo de estos instrumentos no son sustentables ambientalmente.
Dentro de los instrumentos nucleares en superficie, están aquellos que permiten determinar la densidad del suelo por medio de rayos gamma. Para ello, se emplean radiaciones gamma de energía intermedia. Cuando uno de estos fotones gamma choca con un electrón, que no esté firmemente sujeto al núcleo, el primero comunica parte de su energía al segundo al mismo tiempo que cambia su trayectoria. La probabilidad de que
este choque se produzca aumenta, para una misma longitud de recorrido, con la proporción de electrones orbitales. Esta proporción de electrones es muy aproximadamente proporcional a la densidad del material atravesado, a no ser que exista una abundante proporción de hidrógeno, es decir, una abundante proporción de agua. En este caso hay que hacer una corrección, la que no suele ser demasiado importante.
En otras palabras, la determinación de la densidad húmeda se basa en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medir.
Como el número de electrones presente por unidad de volumen de suelo es proporcional a la densidad de ésta, es posible correlacionar el número relativo de rayos gamma dispersos con el número de rayos detectados por unidad de tiempo, el cual es inversamente proporcional a la densidad húmeda del material. La lectura de la intensidad de la radiación es convertida a medida de densidad húmeda por medio de una curva de calibración apropiada del equipo.
Existen dos métodos para la determinación de la densidad in situ: retrodispersión y atenuación.
Estos métodos son útiles como técnicas rápidas no destructivas siempre y cuando el material bajo ensaye sea homogéneo.
9 Retrodispersión:
En este método los rayos gamma que llegan al detector son los que, partiendo de la fuente, son desviados hacia él por electrones del suelo. Para evitar que los fotones gamma puedan llegar directamente desde la fuente al detector a través del aire se coloca una pantalla entre ambos que suele ser de plomo. La desviación de fotones hacia el detector aumenta con la densidad del suelo, pero, por otro lado, la desviación de fotones de la vía fuente – detector y la cesión de energía de fotones a electrones también aumenta con esta densidad.
En este método se crean fotones de baja energía, con lo cual la relación densidad – intensidad de la radiación recibida depende del número atómico. Por este motivo, los aparatos de retrodispersión precisan con frecuencia una curva de calibración para cada tipo de suelo (figura 7.6 a).
Los resultados obtenidos por este método pueden ser afectados por la composición química, la heterogeneidad o la textura de la superficie del material medido, como por ejemplo, materiales orgánicos con alto contenido de sal, por lo tanto, los resultados obtenidos pueden presentar gran dispersión producto de la distorsión del conteo radiactivo de los sensores.
9 Atenuación:
Es un método más sensible que el anterior, en el cual la intensidad de la radiación recibida disminuye con la densidad del suelo (figura 7.6 b).
Figura 7.6 (a) Método de la retrodispersión (b) Método de la atenuación