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Densímetro Electrónico (EDG)
DENSÍMETRO ELECTRICO (EDG)
FUNDAMENTO
Es una alternativa práctica y segura para realizar el control de una compactación in
situ.
El Medidor de Densidad Eléctrico (EDG) es una alternativa no nuclear a las mediciones
nucleares en la determinación de las propiedades físicas de los suelos compactados
usados en las bases, sub-bases y fundaciones. El EDG es un instrumento portátil,
accionado por batería que se puede usar en cualquier parte del mundo sin los
problemas asociados a la seguridad nuclear. El EDG mide y muestra la densidad
húmeda y seca, contenido de humedad gravimétrico y porcentaje de compactación.
Fácil de usar, puede utilizarse como una herramienta para supervisar las operaciones
diarias de compactación, entregando mediciones comparables a aquellas logradas con
los métodos tradicionales como las nucleares, cono de arena y métodos de secado por
horno. La exactitud del EDG se logra utilizando radiofrecuencia de punto a punto,
midiéndola directamente entre los electrodos enterrados en el suelo, asegurando
positivas mediciones a la profundidad de los electrodos. No es necesario asegurarse
que el suelo sea homogéneo o confiar en la onda de radio frecuencia para penetrar los
materiales del suelo desde la superficie. Para los contratistas las ventajas de usar el
EDG son: no requiere de un técnico muy entrenado o autorizado, es tan fácil aprender
qué permite entrenar a cualquier persona y es simple de usar, obteniéndose medidas
rápidas y a intervalos mayores para una evaluación más compleja. El EDG mide las
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propiedades dieléctricas de los materiales compactados y su humedad usando alta
radiofrecuencia entre los juegos de electrodos. Las características dieléctricas medidas
son comparadas con un modelo de suelo, que es una calibración específica de un tipo
de suelo, con un set de características dieléctricas previamente medidas y únicas que
representan el set de valores de densidad y contenido de agua. Al final de una
medición en terreno, un algoritmo determina la densidad húmeda y seca, el contenido
de humedad gravimétrico y los valores porcentuales de compactación.
Se obtiene una exactitud adicional mediante el uso de una sonda de temperatura. En
terreno, usando una plantilla en forma de cruz, se entierran cuatro electrodos afilados
en forma de dardos utilizando un martillo. Entre los dos sistemas de dos electrodos, se
efectúan cuatro mediciones punto a punto y se obtiene un promedio las características
eléctricas. Las cifras correspondientes a densidad y contenido de agua se muestran en
el SI métrico o de unidades inglesas. La profundidad de penetración de los dardos
regula la profundidad de la medición. Además, el ahusamiento de los dardos, asegura
el contacto continuo del suelo con cada impacto del martillo. La longitud de los dardos
afilados determina la profundidad de la medición - diversas longitudes están
disponibles. El uso del EDG se simplifica con un menú de instrucciones paso a paso;
las mediciones resultantes pueden almacenas.
MARCO TEORICO
DETERMINACION DE PROPIEDADES DEL SUELO
Existen varias formas de determinar las propiedades de un suelo, entre las cuales
encontramos formas destructibles y no destructibles, siendo las primeras aquellas
donde se altera la condición en la que se encuentra el terreno, ya que se requiere
obtener muestras para posteriormente realizar los procedimientos de laboratorio
adecuados, con lo que el suelo sufre deformaciones, y las maneras no destructibles
son aquellas en las que las mediciones son tomadas directamente en el lugar donde se
encuentra el suelo al que se le quiere determinar sus propiedades, sin necesidad de
alterar sus condiciones iniciales; como ejemplo se menciona el densímetro eléctrico.
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COMPACTACION EN CAMPO
En muchos proyectos se le señala al contratista encargado que el suelo debe
compactarse al 100% de su densidad máxima; Para esto se requiere realizar ensayos
de laboratorio que permitan conocer la densidad óptima para realizar la compactación,
entre las cuales se encuentra las pruebas Proctor Estándar y Proctor modificado, con
las cuáles es posible obtener esta densidad. Después de obtener esta densidad se
debe compactar el suelo hasta llegar a esta. Si se debe verificar que se ha logrado la
compactación requerida en el suelo existen varios métodos, entre los cuales se
menciona el del cono de arena, el balón de agua y el ensayo nuclear, entre otros, Los
dos primeros son destructivos ya que alteran la condición inicial en la que se
encontraba el suelo, estos consisten en extraer a través de un hueco cierta cantidad de
material para luego pesarlo, medir el volumen del agujero que resulto de la excavación
usando la arena del cono o el balón de agua, para así determinar el contenido de
humedad del material y calcular la densidad húmeda, y a partir de esta determinar la
humedad seca.
ESPECIFICACIONES PARA COMPACTACION EN CAMPO
En la mayoría de las especificaciones para trabajos donde se requiera manipular un
determinado suelo, se dice que el contratista debe lograr un peso específico seco por
compactación en campo que oscile entre 90% y 95% del peso específico seco máximo
determinado en laboratorio a través del ensayo Proctor Estándar o en su defecto, el
ensayo Proctor Modificado. Esta especificación es, de hecho, para una compactación
relativa R, que se expresa como:
DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO DE CAMPO DESPUES DE LA
COMPACTACION
A medida que el trabajo de compactación en el campo va progresando, es conveniente
conocer si el peso volumétrico especificado que se requiere se está obteniendo o no.
Tres procedimientos estándar se usan para determinar el peso específico de campo de
compactación: 1. Método del cono de arena. 2. Método del globo de hule. 3. Método
nuclear.
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DENSIMETRO ELECTRICO
El Densímetro Eléctrico (EDG) es capaz de proporcionar mediciones precisas de la
densidad, contenido de humedad, y porcentaje de compactación en suelos utilizados
generalmente para caminos y fundaciones. Estableciendo como parámetro los datos
físicos precisos de un tipo de suelo. Es por eso que el proceso del EDG introduce una
nueva terminología con la que el usuario debe familiarizarse. Un Modelo de Suelo; es
una combinación de datos de suelo, tanto eléctricos, como físicos (estos últimos
ingresados por el usuario).
El Modelo de Suelo es la base con la cual se mide un tipo de suelo específico dentro de
un área con características similares. El Lugar de Trabajo; es un área de características
de suelo similares en que el usuario desea determinar las características físicas del
suelo. Por lo general, se crea un Modelo de Suelo Simple para cada lugar de trabajo.
Una Prueba en Terreno; consiste en los datos eléctricos del suelo en un sitio de prueba
particular, almacenado dentro de un Modelo de Suelo específico para producir las
características físicas posteriores.
DENSÍMETRO ELÉCTRICO HUMBOLDT
El Medidor de Densidad Eléctrico (EDG) es una alternativa no-nuclear a las mediciones
de compactación de los suelos usados en las bases, sub-bases y fundaciones. Es un
instrumento portátil y fácil de usar, alimentado por batería, que se puede usar en
cualquier lugar sin los problemas asociados a la seguridad nuclear.
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Su menú incorporado paso a paso orienta al usuario en cada etapa del ensayo
respectivo y entrega avisos cuando los valores no corresponden a las curvas
establecidas para el material a ser analizado.
De fácil utilización, el EDG puede usarse como una herramienta de la construcción,
para monitorear las operaciones de compactación, proporcionando rendimientos y
resultados altamente comparables a los que se obtienen con métodos tradicionales,
incluyendo el densímetro eléctrico o combinación de ensayos de cono y arena y horno.
Cuando se efectúa un ensayo, el densímetro eléctrico mide y muestra los resultados de
densidad seca, densidad húmeda, contenido de humedad y porcentaje de
compactación.
OBJETIVO
Objetivo general
Conocer el funcionamiento básico del densímetro eléctrico por medio de una
demostración general.
Objetivos específicos
Determinar las propiedades de un suelo en particular a partir de un modelo de suelo
para determinar su grado de compactación.
Familiarizar al estudiante con métodos de campo modernos.
Afianzar el conocimiento en el manejo de los diferentes equipos del laboratorio.
Conocer las propiedades de un suelo compactado.
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DEFINICIONES
El EDG mide las propiedades dieléctricas de los materiales compactados y su
humedad usando alta radiofrecuencia entre los juegos de electrodos. Las
características dieléctricas medidas son comparadas con un modelo de suelo, que es
una calibración específica de un tipo de suelo, con un set de características dieléctricas
previamente medidas y únicas que representan el set de valores de densidad y
contenido de agua. La medición de éstas propiedades debe hacerse en tres puntos
determinados del suelo a los cuales se les hayan obtenido ya sus propiedades para
poder generar el modelo de suelo que es requerido; los pasos exactos para su
utilización serán expuestos más adelante en la sección de procedimiento. Su uso es
muy variado, y casi puede utilizarse en cualquier obra ingenieril para obtener su
densidad, humedad y hacerles prueba de aceptación de materiales compactados; él se
puede utilizar en terraplenes y rellenos, bases, subases y subrasantes de caminos,
rellenos sanitarios fosos, todos los suelos de construcciones en general. Éste equipo
nos brinda también una gran variedad de ventajas como lo es una alternativa a los
métodos del cono de arena, secado por horno y a densímetros nucleares – sin fuente
nuclear, no se requiere técnico con licencia, fácil de aprender y simple de utilizar,
aplicaciones confiables y tecnología de RF punto a punto, exacto, robusto y ligero,
resultados de la medida en dos a tres minutos. El modelo de suelo es una combinación
de datos de suelo, tanto eléctricos, como físicos (estos últimos ingresados por el
usuario). Él es la base con la cual se mide un tipo de suelo específico dentro de un
área con características similares.
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El equipo anteriormente mostrado es una alternativa rápida de campo para obtener
datos del suelo que tardarían días en ser conocidos, generando así una agilización en
el proceso de construcción.
Palabras clave: densímetro, propiedades, modelo, suelo.
DENSIMETRO
Es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad relativa de los
líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho
de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que
pueda flotar en posición vertical. El término utilizado en inglés es “hydrometer”; sin
embargo, en español, un hidrómetro es un instrumento muy diferente que sirve para
medir el caudal, la velocidad o la presión de un líquido en movimiento.
Se considera a Hipatia de Alejandría como su inventora.[1]
Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un
instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuyo frecuencia de
resonancia está determinada por los materiales contenidos, como la masa del diapasón
es determinante para la altura del sonido[2]
Un Modelo de Suelo: Es la combinación de datos de suelo, tanto eléctricos, como
físicos lo que permite realizar el estudio de un suelo con características similares.
El Lugar de Trabajo: Es un área de características de suelo similares en que se desea
determinar las características físicas del suelo.
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Una Prueba en Terreno: Consiste en los datos eléctricos del suelo en un sitio de
prueba particular, almacenado dentro de un Modelo de Suelo específico para producir
las características físicas posteriores.
EQUIPOS
•Cuatro dardos de acero inoxidable
•Sonda de temperatura
•Unidad de Sensor de Suelo
•Cable de salida
•Batería
•Unidad de procesamiento de datos
A demás el equipo trae consigo un martillo, gafas de seguridad.
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PREPARACION DE LA MUESTRA
El densímetro eléctrico se debe calibrar con anticipación dependiendo del tipo de suelo
que se está estudiando es por ello que se deben realizar pruebas de laboratorio para
determinar los datos físicos del terreno, al igual que datos eléctricos proporcionados
por el instrumento con el fin de obtener un modelo de suelo del terreno en estudio.
El EDG es una herramienta muy fácil y rápida de usar. El técnico solo debe guiarse de
los pasos que le aparecen en pantalla.
El operador comenzará con la creación de un nuevo modelo de suelo, y la asociación
de este con el lugar de trabajo.
Se coloca la plantilla en el lugar correspondiente y los dardos se ubican en los agujeros
de esta. Las 4 mediciones eléctricas se promedian generando valores típicos los cuales
representan las características eléctricas del lugar.
Gracias a los 4 dardos se obtienen las propiedades dieléctricas del suelo, las cuales se
relacionan con la densidad húmeda y el contenido de humedad del suelo.
Posterior a obtener los datos eléctricos el operario deberá introducir los datos obtenidos
a partir de los métodos tradicionales.
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Finalmente se procede a realizar las mediciones y la pantalla le da muestra las
propiedades del suelo compactado.
La exactitud del densímetro eléctrico se obtiene gracias la utilización de la frecuencia
de radio entre los electrodos enterrados en el suelo, los resultados de estas mediciones
se muestran en la pantalla de led del instrumento en sistema internacional de medidas
(SI).
Ventajas
•No se requiero de un técnico altamente especializado.
•Es de fácil manejado.
•No es un instrumento de alto riesgo para el operario.
•Es un instrumento que arroja resultados de manera rápida y con alta precisión.
Ademas:
Proporciona resultados altamente comparables con los métodos convencionales,
pero en forma instantánea, “detrás de la compactadora”, lo que permite optimizar
pasadas y reducir horas de máquina, evitando grietas y fisuras por sobre
compactación, o el pago de penalidades por falta de compactación.
Incorpora un posicionador GPS, que registra las posiciones y tiempos donde se
realizan las mediciones y adiciona estos datos a los de los ensayos, para
proveer un registro georreferenciado.
Incluye el EDG Software, completa solución para adquisición y almacenamiento
de datos, generación de reportes y presentación de resultados de ensayos y
modelos de suelos. Trabaja en conjunto con Microsoft Excel para generar
informes y gráficos claros y detallados, que permiten un fácil análisis de
resultados. Hace posible cargar modelos de suelos en el equipo. Permite
visualizar mapas de los sitios de ensayos utilizando Google Earth, gracias a los
datos GPS de cada ensayo.
El Medidor de densidad eléctrico tiene un sistema que mide las propiedades
dieléctricas y niveles de humedad de suelos compactados entre los juegos de
electrodos, utilizando una alta radio frecuencia que viaja a través del suelo a ser
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analizado. La profundidad de los electrodos determina la profundidad de la
medición, los dardos o electrodos están disponibles en diferentes tamaños
(4,6,8,10 y 12” de longitud), adicional a esto, los dardos son diseñados con una
candela, lo que asegura un contacto positivo continuo con el suelo para
mediciones precisas.
Durante el ensayo, con la ayuda de una plantilla suministrada con el equipo,
cuatro electrodos se insertan en el suelo de forma cruzada. Entre los dos juegos
de dos dardos, se efectúan cuatro mediciones eléctricas en diferentes puntos del
suelo, para así determinar el promedio de las características eléctricas. Se
requiere un modelo de suelo para poder comparar las propiedades dieléctricas
del suelo medidas por el equipo, se requiere de estos modelos una vez para
cada punto del suelo que se tome, este modelo debe ser programado en el
equipo antes de que el densímetro haga sus mediciones, este modelo de suelo
es utilizado como una referencia de calibración durante el ensayo. Esto se
genera estableciendo una curva de propiedades dieléctricas de medición para
diferentes combinaciones de densidad y humedad del suelo a ser analizado o
para un material similar. Este modelo de suelo es usado por la unidad mediante
un algoritmo de corrección, a fin de determinar automáticamente la densidad
seca y húmeda, contenido de humedad gravimétrica y valores de porcentaje de
compactación para el material a ser ensayado. Los modelos de suelos pueden
ser identificados de forma personalizada, mediante el teclado alfanumérico.
Adicionalmente, la sonda de temperatura que se inserta dentro del material,
asegura resultados exactos, mediante la compensación por cambios en las
temperaturas registradas.
Similar a los densímetros nucleares, los números Proctor para compactación
optima pueden integrarse en el EDG, permitiendo el calculo automático del
porcentaje de compactación y mostrando el resultado una vez terminada la
prueba. Los números de Proctor pueden ingresarse al equipo durante el
desarrollo del modelo de suelo. Una vez terminado, este valor se almacena
dentro del EDG para permitir el computo del porcentaje de compactación.
Desventajas
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Este instrumento no es autosuficiente es decir necesita de otros métodos para
obtener los datos que permitan necesario para realizar los estudios de suelos
que se deseen realizar.
Los resultados arrojados por el instrumento eléctrico debido a su semejanza con
los datos que se obtienen a partir de los métodos tradicionales han llenado de
credibilidad este procedimiento no destructivo desplazando a su adversario el
densímetro nuclear que debido a sus problemas de seguridad se ha visto
opacado por este nuevo mecanismo.
EL ESTUDIO Y ESTANDARIZACION DE ESTE METODO FAVORECERA LAS
TECNICAS DE VERIFICACION EN SUELO IN-SITU DEBIDO PRINCIPALMENTE A
SU TECNOLOGIA NO CONTAMINANTE
PROCEDIMIENTO Y METODOLOGIA
Para la realización de la prueba de laboratorio sobre la determinación de la densidad o
masa unitaria del suelo en el terreno utilizando métodos no destructivos en este caso
usando un densímetro eléctrico.
Esta prueba la realizo una persona en el laboratorio de suelos a modo de exposición
frente a varios grupos de trabajo del curso.
Primero el operario nos explicó que para realizar una buena aproximación en la
medición debíamos realizar 3 medidas del mismo suelo en diferentes lugares de este.
Luego de introducir los respectivos dardos (que vienen con el equipo) en el suelo junto
con un sensor de temperatura se conectaron a la maquina por medio de caimanes.
Se encendió el equipo y se configuro con los datos que se obtienen por medio de otros
ensayos de laboratorio como la prueba Proctor y el equipo procede a calcular los
diversos valores basados en las entradas de datos y en una sonda eléctrica que es
lanzada al suelo.
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CALACULOS
DATOS DE ENTRADA AL EQUIPO ϒt (Kg/m3)
Punto 1 Punto 2 Punto 3
1.5 1.7 1.9 ϒd (Kg/m3) 2 2 2 ω
12% 10% 8%
RESULTADOS ARROJADOS POR EL QUIPO % Compactación
62.9% ϒt (Kg/m3) 1,28 ϒd (Kg/m3) 1.342 ω 3%
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CONCLUSIONES
Como se ha discutido anteriormente, la determinación de las propiedades de un suelo
es vital para su uso como fundación de obras de ingeniería, y en especial para
establecer las posibles mejoras que pueden ser implementadas para optimizar las
propiedades mecánicas de un suelo.
Tras presenciar la demostración de la operación del densímetro eléctrico, podemos
concluir que es un equipo que proporciona resultados rápidamente, es fácil de usar y
es de fácil transporte. De igual manera, no contiene materiales peligrosos ni requiere
de un alto grado de entrenamiento para utilizarlo.
Sin embargo, depende de la realización de pruebas de laboratorio como la Proctor de
compactación. Además, su alto costo hace difícil justificar su uso, ya que es igualmente
viable realizar pruebas que proporcionan los mismos resultados que el densímetro
eléctrico, como es la prueba del cono de arena, por un costo mucho menor.
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REFERENCIAS
www. humboldt demexico.com/datos/webs/humcat-esp/H-4114.pdf
www.runco.com.ar/Nuevo- Densimetro - Electrico .htm
prezi.com/jwok7fr02oh0/densimetro-electrico/
www.buenastareas.com/materias/ensayo- densimetro - electrico /0
www.solostocks.com
es.wikipedia.org/wiki/Densímetro
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ANEXOS
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