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I.N.V E 164 – 07 DENSIDAD DEL SUELO Y DEL SUELO-AGREGADO DENSIDAD DEL SUELO Y DEL SUELO-AGREGADO MEDIANTE MÉTODOS (Profundidad Reducida) I.N.V. E – 164 – 07 1.

EN EL TERRENO NUCLEARES

OBJETIVO

1.1 Esta prueba de ensayo cubre la determinación de la densidad total o densidad húmeda de los suelos y de las mezclas de suelo y roca con la atenuación de la radiación gama donde la fuente y el detector permanecen en la superficie (Método de Backscatter) o la fuente o el detector están localizados a una profundidad conocida hasta de 300 mm (12”) mientras el detector o la fuente permanecen en la superficie (Método de Transmisión Directa). 1.2 La densidad en peso por unidad de volumen del material es determinada en este ensayo comparando la cantidad de radiación gama con una información decalibración previamente establecida. 1.3 Los valores ensayados se deben dar en unidades lasequivalencias en pulgadas-libras son aproximadas.

SI,

1.4 Esta norma no considera los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee establecer prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y determinar la aplicación de limitaciones regulatorias antes de su empleo. 2.USO Y SIGNIFICADO 2.1 El método de ensayo descrito es útil como una técnica rápida no destructiva para determinar en el sitio la densidad de suelos y rocas. 2.2 Los métodos de ensayo son útiles para el control de calidad y pruebas de aceptación para construcción y para investigación y para aplicaciones de desarrollo. 2.3 La naturaleza no destructiva de éste tipo de ensayos permite hacer mediciones repetidas en un solo sitio. 3. INTERFERENCIAS 3.1 La composición química de la muestra puede afectar las mediciones, por lo tanto, se van a requerir algunos ajustes.

3.2 El método de ensayo muestra alguna dispersiónespecialmente en aquellos instrumentos que son muy sensibles a la densidad de los materiales cuando se hacen pruebas a la proximidad de la superficie (únicamente en el Método Backscatter). 3.3 Rocas de tamaño grande o vacíos grandes cerca de la fuente pueden causar determinaciones de densidad mayores o menores de las reales.Cuando se sospecha que no hayauniformidad en el suelo debido a la estratificación o que entre las rocas hay vacíos el volumen del sitio de ensayo debe ser perforado y examinado visualmente para determinar si el material de ensayo es representativo de todo el material en general o si se necesita hacer corrección por la presencia de la roca. 3.4 El volumen de la muestra de ensayo es aproximadamente 0.0028 m³ (0.10 pies³) para el Método de Backscatter y 0.0057 m³ (0.20 pies³) para el Método de Transmisión Directa cuando la profundidad de ensayo es 15 cm (6”).El volumen real de la muestra es indeterminado y varía con el tipo de aparato y la densidad del material.En general, a mayor densidad se requiere menor volumen de muestra. 4. EQUIPO 4.1 Celda nuclear– Un instrumento contador electrónico capaz de ser fijado en la superficie del material que está sometido a ensayo el cual debe contener: 4.2 Una fuente de radiación gama de alta energía como cesio o radio. 4.2.1 Detector gama – Cualquier tipo de detector gama como un tubo (s) Geiger-Mueller. 4.3 Referencia estándar – Un bloque de material utilizado para hacer el chequeo de la forma como está operando el instrumento y establecer las condiciones para un conteo de referencia que pueda ser reproducible . 4.4 Dispositivo para la prelación del sitio – Una placa o un borde derecho u otro dispositivo o herramienta que sirva para nivelar el cual puede ser utilizado para preparar el sitio de ensayo con la suavidad requerida y en el Método de Transmisión Directa permita la introducción del punzón para preparar un orificio perpendicular.

4.5 Punzón – Un punzón de diámetro ligeramente mayor que la varilla en el Instrumento de Transmisión Directa se debe utilizar para preparar un orificio en el material que va a estar sometido al ensayo y en el cual se va a insertar la varilla. 4.6 Extractor de Punzón – Dispositivo que puede ser usado para remover el punzón en la dirección vertical de manera que éste al salir no distorsione el orificio. 4.6.1 Un martillo deslizante con un punzón incorporado puede también ser utilizado para preparar el orificio en el material que va a ser ensayado y para extraer al mismo tiempo el punzón sin distorsionar el orificio que ya ha sido preparado. 5. PELIGROS 5.1 Este equipo utiliza material radioactivo que puede ser pelig roso para la salud del usuario al menos que se tomen las precauciones que sean requeridas.El usuario de éste equipo debe familiarizarse con los procedimientos de seguridad y las regulaciones gubernamentales. 5.2 Instrucciones efectivas al usuario con algunos procedimientos rutinarios de seguridad como el empleo de ensayos para detectar fugas de radioactividad y el sistema de escarapelas para el registro de la misma son recomendados como parte del sistema de operación y almacenamiento de instrumentos. 6. CALIBRACIÓN La calibración del instrumento debe hacerse de acuerdo con el Anexo A1. 7. ESTANDARIZACIÓN Y CHEQUEO DE REFERENCIA 7.1 Los instrumentos de medición nuclear o celdas nucleares están sujetos a envejecimiento a largo plazo de la fuente radioactiva, los detectores y el sistema electrónico, lo cual cambia la relación entre el conteo y la densidad del material. Para compensar el envejecimiento la celda de medición debe ser calibrada con la relación entre el conteo medido y el conteo hecho en una referencia estándar en un colchón de aire (para la técnica backscatter con colchón de aire ver la Sección 8.5.1.3). El conteo de referencia debe ser del mismo orden de magnitud del conteo medido para un rango de densidades propias del instrumento.

7.2 La estandarización de la celda de medición debe realizarse al empezar cada día de trabajo, debiéndose llevar un registro permanente de la información que se ha obtenido. La estandarización de la celda de medición debe hacerse alejada por lo menos 8 m (25 pies) de cualquier otra fuente de material radiactivo y limpio de otros materiales que puedan afectar el conteo de referencia. 7.2.1 Si se recomienda por el fabricante del instrumento para tener resultados más consistentes: 1) encienda el medidor antes de su uso para permitir que éste se estabilice,2) dejar prendido durante el uso de la celda de medición por ese día. 7.2.2 Durante el uso de la referencia estándar se toma al menos cuatro lecturas repetidas a períodos normales de medición y se determina el promedio. Si es posible en esta celda, un período de medición de cuatro o más veces que el período normal es aceptado. Esto constituye un chequeo estandarizado. 7.2.3 Si los valores obtenidos están dentro de los límites que se establecen a continuación,se considera que la celda está en condiciones satisfactorias y este valor debe ser utilizado para determinar la relación de conteo de uso para ese día. Si el valor esta fuera de los límites debe darse más tiempo a la celda para que se estabilice y asegurase que el área está alejada de algunas fuentes de interferencia y posteriormente realizar otro chequeo de estandarización.Si el segundo chequeo de estandarización está dentro de los límites la celda puede ser utilizada pero si falla la prueba la celda debe ser ajustada o reparada como se recomienda por el fabricante.Los límites son:

Donde: NS = valor de conteo de estandarización, NO = promedio de los cuatro valores de NS tomados antes de ser usada la celda, y F = valor de escala.(El valor de F es un valor que reduce el valor real en caso de que se presente algún tipo de distorsión en el ensayo.El fabricante suministrará este valor si es diferente de uno (1).Algunos instrumentos deben tomar la precaución de entregar este valor. Si el instrumento estandarizado no ha sido chequeado en los tres meses anteriores se debe realizar al menos cuatro chequeos nuevos de estandarización y use el promedio como el valor de No. 7.3 Se usa en valor de Ns para determinar las relaciones de los conteos para el día corriente del uso del instrume nto.Si por

alguna razón la densidad medida es sospechosa o se sospecha que su valor no sea correcto durante el día realice otro chequeo de estandarización. 8. PROCEDIMIENTO

PARA EL USO EN EL CAMPO

8.1 Se estandariza la celda de medición como se indica en la Sección 7. 8.2 Se selecciona un sitio de ensayo. Si la celda de medición está cerca de 250 mm (10”) a alguna masa vertical que pueda influir sobre los resultados como una tubería o un cerco, se debe seguir el procedimiento de corrección sugerido por el fabricante. 8.3 Se remueve todo el material suelto. Se remueve el material adicional que sea necesario para lograr que la muestra de material sea representativa de la zona o del estrato que se va a ensayar. La parte superficial que ha sido afectada por desecación y otras posibles causas de error deben ser consideradas para determinar la cantidad de material en profundidad que debe ser removido. 8.4 Se escarifica o aplana hasta lograr una superficie horizontal suave para que se garantice el máximo contacto entre la celda de medición y el material que se va a ensayar. La localización de la celda de medición en la superficie del material que se va a ensayar es muy importante pero especialmente crítica en la exitosa determinación de la densidad cuando se usa el Método de Backscatter. La condición óptima en todos los casos es el contacto total entre la parte inferior de la celda de medición y la superficie del material que se va a ensayar. Para corregir las irregularidades superficiales se usan finos de la zona o arena fina como llenante si es necesario. La profundidad de llenante no debe exceder aproximadamente 3 mm (1/8”) y el área total rellenada con finos no debe exceder el 10% del área inferior del instrumento. La máxima profundidad de vacíos tolerable debajo de la celda de medición que pueden quedar sin rellenar no debe exceder de aproximadamente 3 mm (1/8”). Se pueden realizar varios ensayos de fijación del equipo hasta lograr estas condiciones. 8.5 Se procede con el ensayo de la siguiente manera: 8.5.1 Procedimiento de Backscatter: 8.5.1.1 Se fija la celda de medición firmemente en el área de ensayo preparada.

8.5.1.2 Se conserva cualquier fuente radioactiva alejada de la fuente de medición para evitar que las lecturas sean afectadas. 8.5.1.3 Se debe asegurar y registrar una o más lecturas para los períodos normales de medición en la posición backscatter . Nota 1.- Cuando se use el procedimiento de backscatter con colchón de aire se siguen las instrucciones del fabricante relacionadas con la forma de fijar el aparato. Se toma el mismo número de lecturas para los períodos normales de medición en la posición de colchón de aire como el la posición estándar del backscatter. Se determina la relación de colchón de aire dividiendo el conteo por minuto obtenido en la posición de colchón de aire entre el conteo por minuto obtenido en la posición estándar de backscatter. 8.5.1.4 Se determina la relación entre las lecturas del conteo estándar y las lecturas con colchón de aire.De esta relación de conteo y de la calibración apropiada y ajuste de la informació n se determina la densidad húmeda del sitio. 8.5.2 Procedimiento de Transmisión Directa 8.5.2.1 Se hace un hueco perpendicular a la superficie ya preparada utilizando la guía y el dispositivo para abrir el hueco (Sección 4.4), o mediante una perforación por rotación si es necesario.El hueco debe ser de tal profundidad y alineamiento que permita la inserción de la varilla y no cause ningún tipo de inclinación de la celda con respecto al plano de la superficie ya preparada.La profundidad del hueco debe ser mayor que la profundidad a la cual la varilla de la celda de medición será fijada.La guía debe ser del mismo tamaño de la base de la celda de medición, con el hueco en la misma localización de la guía como la varilla en la celda de medición. Las esquinas de la gu ía son marcadas mediante algunas ranuras en la superficie del suelo. La placa de la guía es entonces removida y se hacen las reparaciones que sean necesarias con los ajustes a la superficie preparada. 8.5.2.2 Se procede con el ensayo de la siguiente manera: 8.5.2.3 Se fija la celda de medición en la superficie del suelo alineándola cuidadosamente con las marcas que se han efectuado en el suelo de tal manera que la varilla de la celda de medición vaya directamente a la perforación o hueco perforado. 8.5.2.4 Se inserta la varilla en el hueco.

8.5.2.5 Se fija la celda de medición firmemente revisando algunos giros de la varilla y con movimientos hacia delante o hacia atrás. 8.5.2.6 Se hala subvente la celda de medición en una dirección de tal manera que mueva un lado de la varilla contra un lado de la perforación de tal manera que esté lo más cerca posible del detector con una fuente localizada dentro de la caja de medición. 8.5.2.7 Se debe mantener cualquier fuente radioactiva alejada de la celda de medición evitando que se afecten las lecturas . 8.5.2.8 Se debe asegurar y registrar una o más lecturas para los períodos normales de medición. 8.5.2.9 Se determina la relación entre las lecturas y los conteos estándar. A partir de esta relación de conteo con una apropiada calibración y ajuste de los datos se determina en el sitio la densidad húmeda . Nota 2.Algunos Instrumentos están diseñados para calcular la densidad húmeda teniendo en cuenta algunos ajustes por errores. Adicionalmente algunos instrumentos también están diseñados para calcular el contenido de humedad y la densidad seca. 8.6 Si el volumen ensayado como se define en la Sección 3.3 tiene sobretamaños de material con respecto a las limitaciones descritas en las normas INV E – 141 e INV E –142, entonces se deben hacer correcciones a la densidad húmeda o peso unitario y al contenido de humedad. Estas correcciones deben hacerse de acuerdo con la norma INV E – 228.Este método de ensayo requiere muestreo del volumen real ensayado. 8.6.1 Si las muestras del material ensayado se toman para hacer correlaciones con otros métodos de ensayo o para hacer correcciones en roca el volumen medido de forma cilíndrica puede ser de aproximadamente 200 mm (8”) de diámetro localizado directamente debajo del centro de la fuente radioactiva y el detector.La altura del cilindro para excavar será la profundidad fijada para la varilla cuando se usa el Método de Transmisión Directa o 75 mm (3”) cuando se usa el Método de Backscatter. 8.6.2 Un método alternativo que puede ser usado para hacer la corrección cuando hay partículas de sobretamaño pero que estos sobretamaños sean pocos es realizar algunos ensayos adicionales en sitios adyacentes al sitio de ensayo y sacar un promedio de los resultados para lograr un valor

representativo.Son necesarias comparaciones para evaluar la presencia de bolos de roca de tamaño apreciable o de vacíos en el suelo que produzcan valores de densidad no representativos .Cuando se obtienen valores cuestionables el sitio de ensayo puede ser perforado y examinado visualmente. 9. CÁLCULOS 9.1 La densidad húmeda del sit io es determinada como se indicó en la Sección 8.5. Si se requiere el cálculo de la densidad seca en el sitio se debe determinar el contenido de humedad utilizando muestras gravimétricas y determinando el contenido de agua en el laboratorio (normas INV E – 122, INV E – 135 e INV E – 150, o también, se puede determinar utilizando el procedimiento de Termalización con neutrones (norma INV E– 166). 9.1.1 Si el contenido de agua es determinado por el método nuclear, norma INV E – 166, se debe restar los kg/m³ (lbf/pie³) de humedad de los kg/m³ (lbf/pie³) de densidad húmeda y así obtener la densidad seca en kg/m³ (lbf/pie³). 9.1.2 Si el contenido de agua es determinado por otros métodos, y se da en forma de porcentaje, se procede de la siguiente manera:

donde : g g W

d = densidad seca en kg/m³ (lbf/pie³), h = densidad húmeda en kg/m³ (lbf/pie³), y = contenido de agua como porcentaje de la masa seca.

10. INFORME Se debe

reportar

la

siguiente

información:

10.1 Esta ndarización y ajuste de la información para la fecha de ensayo. 10.2 Modelo utilizando. 10.3 10.4 10.5

y

número

de

serie

del

instrumento

que

Nombre del Identificación del sitio de Descripción visual del material

se

esta

operador. ensayo. ensayado.

10.6 Modo de ensayo y profundidad de

(backscatter o prueba (si

transmisión directa) es aplicable).

10.7 Densidades húmeda y seca en kg/m³ o unidad de peso en lb/pie³. 10.8 Contenido unitario

de

agua

en

porcentaje

de

masa

seca

o

peso seco.

donde : P = precisión del instrumento en densidad (kg/m³ o lbf/pie³), s = una desviación estándar del conteo, y S = pendiente de la curva de calibración para un valor de densidad definido.

11.2 Tolerancias – No hay un valor de referencia aceptado para este método de ensayo, por lo tanto, no se pueden establecer tolerancias.

ANEXO A(Información obligatoria)CALIBRACIÓN A.1 Se verifica o restablece las curvas de calibración, tablas o coeficientes de ecuaciones al menos una vez cada 12 o 18 meses y cuando se hayan realizado reparaciones importantes que afecten la geometría del instrumento.

A.2 El instrumento debe ser calibrado de forma tal que produzca una respuesta a la calibración de ± 16 kg/m³ (± 1.0 lbf/pie³) en bloques de materiales estándares o de densidades establecidas. (Esta calibración puede ser hecha por el fabricante, el usuario, o un vendedor independiente). La respuesta de instrumentos nucleares esta influenciada por la composición química de los materiales medidos. Esta respuesta debe ser tenida en cuenta cuando se va a establecer una densidad sobre un bloque estándar. Las densidades de los materiales usados para establecer o verificar la calibración se debe extender a través de un rango representativo de la densidad de los materiales que van a ser siendo ensayados. La densidad de los materiales estándar debe ser determinada con una aproximación de ± 0.2%. A.3 En cada densidad estándar se deben tomar suficientes datos para asegurar que la precisión de conteo del instrumento sea al menos la mitad de la precisión requerida para uso en el campo. Los datos pueden ser presentados en forma gráfica, tablas, coeficientes de ecuaciones, o almacenados en la celda de medición, para lograr cubrir los datos de conteo para densidad del material. A.4 El método y procedimiento de ensayo utilizado para establecer los datos del conteo de calibración deben ser los mismos que se usaron para obtener los datos de conteo de campo. A.5 El tipo de material, la densidad real y la densidad asignada al bloque estándar para cada calibración estándar usada para establecer o verificar la calibración del instrumento debe n ser fijados como parte de la información de calibración. A.6 Los estándares deben ser de tamaño suficiente para no cambiar la tasa de conteo si se aumenta su dimensión. Las mínimas dimensiones superficiales son aproximadamente 610 mm de largo por 430 mm de ancho (24” x 17”) las cuales se han encontrado como satisfactorias. Para el Método Backscatter una profundidad mínima de 230 mm (9”) es adecuada; para el Método de Transmisión Directa una profundidad debe ser al menos 50 mm (2”) más profunda que la profundidad mayos de la varilla. Se puede requerir un rea superficial grande para la técnica Backscatter con colchón de agua. Las dimensiones mínimas de la superficie pueden ser reducidas ligeramente si los estándares están adyacentes a un material denso. A.7 Los estándares más apropiados que producen unas curvas de calibración más exactas han sido hechos en aluminio. magnesio,

aluminio/magnesio, granito y piedra caliza. Estos estándares han sido usados en combinación uno con otro y a través de la historia han demostrado que producen mucha exactitud en la calibración de los instrumentos. Estándares de suelo, roca y concreto que tienen características que son reproducibles en uniformidad son difíciles de preparar. Estos estándares pueden ser usados para alguna calibración especial o calibración en campo donde la química del material del sitio o los antecedentes del sitio requieran una adaptación especial. 11. PRECISIÓN Y TOLERANCIAS 11.1 Precisión – Algunos criterios para juzgar la aceptabilidad de los resultados de los ensayos de densidad húmeda utilizando éste método de ensayo se dan en la Tabla 1. Los valores que aparecen en la columna 3 representan las desviaciones estándar que han sido encontradas apropiadas para los materiales ensayados en la columna 1.los valores dados en la columna 4 son los límites que no deben ser excedidos al hacer la diferencia entre los resultados de dos ensayos realizados en forma apropiada. Los datos que se muestran están basados en estudios realizados en laboratorio en los cuales se determinaron las densidades a suelos en cinco sitios de ensayo como se muestra en la columna 2, utilizando 8 diferentes dispositivos y operadores.La densidad húmeda de cada sitio de ensayo fue determinada tres veces con cada dispositivo. 11.1.1 Una precisión de conteo para un instrumento de 8 kg/m³ (0.5 lbf/pie³) para el Método Backscatter y de 4 kg/m³ (0.25 lbf/pie³) para el Método de Trasmisión Directa son típicas en un material de aproximadamente 2000 kg/cm³ (125 lbf/pie³) de densidad, con medidas realizadas a intervalos de tiempo de un minuto. 11.1.2 La precisión de conteo del instrumento se define como el cambio en la densidad que ocurre correspondiente al cambio en una desviación estándar de un conteo debido a una caída repentina de la fuente radioactiva. La densidad del material y el período de tiempo para los conteos deben ser establecidos. Estos pueden ser determinados de una serie de 20 o más conteos tomados sin mover el instrumento o de una forma alterna de unos datos de calibración asumiendo que el valor de s es igual al conteo para esta densidad. El conteo debe ser el real del instrumento corregido para una escala determinada como se explica en la Sección 7.2.3.