Este documento describe el método del densímetro nuclear para determinar la densidad y humedad de los suelos en el campo sin necesidad de extraer muestras. Explica que el equipo utiliza fuentes radiactivas y detectores para medir la densidad mediante la transmisión o retrodispersión de rayos gamma, y la humedad mediante la termalización de neutrones. También detalla los procedimientos para la preparación del terreno, colocación del equipo, y medición de parámetros como la densidad húmeda, densidad seca y porcentaje

1. DENSIDAD DE CAMPO
Método del Densímetro Nuclear
ÍNDICE
ASTM D 2922 Y D 3017

2. OBJETIVO
Determinar la Humedad y la Densidad Seca de los
suelos en el campo mediante métodos nucleares, sin
tener que recurrir a métodos de intervención física.

3. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
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.

4. Por el contrario, para determinar la Humedad de los
suelos y materiales semejantes, se utiliza el
principio de termalizacion 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 la
base de la sonda.
La utilización de instrumentos nucleares para la
determinación de densidades y humedades ha sido
aprobada por la ASTM (American Society of Testing
and Materials).

5. Funcionamiento del Densímetro
El Densímetro tiene dos modos de operación: el modo
de Transmisión Directa (la varilla con la fuente
perforando el material) y el modo de Retrodispersión
(la varilla se encuentra próxima a la fuente, pero no
perforando el material). Estos dos modos se explican
más ampliamente a continuación:

6. En el modo de Transmisión Directa, la varilla con la
fuente de Cesio-173 se introduce en el terreno hasta la
profundidad deseada. Los detectores en la base de la
sonda cuantifican la radiación emitida por la varilla con
la fuente. Para llegar a los detectores, los fotones
gamma deben primero pasar a través del material,
donde chocan con los electrones ahí presentes. Una
alta densidad del material supone un alto número de
choques correspondientes, lo que reduce el número de
fotones que llegan a los detectores, es decir, mientras
menor sea de Número de Fotones que alcancen a los
detectores, mayor será la Densidad del material.

7. Transmisión Directa

8. En el modo de Retrodispersión, los fotones gamma
deben ser dispersados (o reflejados) por lo menos una
vez, antes de alcanzar a los detectores en la sonda.
Para efectuar este proceso, se coloca la varilla de
manera que, la fuente y los detectores se encuentran
en el mismo plano, denominado Posición de
Retrodispersión. Los fototes provenientes de la fuente
penetran en el material, y los que se dispersan son
medidos por los detectores. A fin de evitar que los
fotones puedan acceder a los detectores directamente,
sin ser dispersados por el material, la sonda dispone de
blindajes entre la fuente y los detectores.

9. Retrodispersión

10. Operación del Densímetro
El teclado del equipo tiene 10 teclas, 8 que
corresponden a funciones y las teclas
<ENCENDER/SI> y <APAGAR/NO>.
La sonda dispone de un “beeper”, que suena cada ves
que se registra una tecla presionada. Siempre que no
se produzac dichos sonido, signufica que la máquina no
registró la tecla presionada y, por lo tanto, se debe
presionar otra vez. Las teclas <ENCENDER/SI> y
<APAGAR/NO> se usan para responder presguntas
específicas que se ven en la pantalla, y para activar y
desactivar la sonda.
Las flechas hacia arriba y hacia abajo permiten el
desplazamiento por las listas de funciones visualizadas
en la pantalla.

11. ENCENDER
SI
MA
PR
ESTANDAR ESPECIAL
APAGAR
NO
PERIODO PROFUND
COMENZAR
ENTER
Teclado del Equipo

12. A continuación se muestra una lista detallada de las
teclas específicas y las funciones correspondientes:
Para iniciar una medición, o para finalizar la introducción de datos o
una respuesta
COMENZAR/ENTER
Para acceder a las funciones especialesESPECIAL
Para introducir la profundidad de la varilla con la fuentePROFUND
Para entrar en el modo de Conteo EstándarESTANDAR
Para cambiar el tiempo de conteoPERIODO
Para habilitar un valor Proctor o MarshallMA/PR
Para desplazarse hacia abajo
Para desplazarse hacia arriba
Desactiva la sonda y sirve como respuesta negativa a la indicaciones
en la pantalla
APAGAR/NO
Activa la sonda y sirve como respuesta afirmativa a la indicaciones
en la pantalla
ENCENDER/SI
DESCRIPCIÓNTECLAS

13. Activación del Densímetro
 La sonda utiliza baterías recargables de Níquel-
Cadmio como fuente de alimentación. Cuando se
activa la sonda, la pantalla del panel de control
visualiza varios caracteres de prueba, y luego pasa
inmediatamente al proceso de auto prueba.
 Para activar la sonda, presionar la tecla
<ENCENDER>.
La prueba en la “LCD” (pantalla de cristal líquido)
será:

14.  Una vez completada la auto prueba, la cual dura
300 segundos, el instrumento pasa a modo
Preparado. En este estado se puede acceder a
cualquiera de las funciones de la sonda.
La pantalla para el modo Preparado muestra:
La primera línea en la pantalla indica el tiempo de
conteo actual. La segunda línea indica la
profundidad seleccionada para la varilla con la
fuente.

15. EQUIPO
 Densímetro, un instrumento portátil que contiene
todos los módulos electrónicos, conjuntos de
baterías recargables, detectores y fuentes
radiactivas.
 Bloque de Referencia, proporciona un material que
sirve de referencia constante, que sirve para
efectuar los ajustes en la sonda, los cuales son
necesarios para compensar la desintegración
progresiva de la fuente.
 Placa para Alisado/Guía de la Varilla de Perforación,
se utiliza para preparar el terreno de
emplazamiento, o la porción de suelo sobre la cual
se va colocar el equipo, y para guiar la varilla al
hacer la perforación.

16.  Varilla de Perforación, se utiliza para preparar un
orificio cuando se va efectuar una medición de
Transmisión Directa.
 Cargadores/Adaptadores, uno para CC (12 VCC) y
otro para CA (115/230 VCA 50/60 Hz).
 Batería de Repuesto.
 Caja de Transporte.
 Extractor.

17. Partes y Accesorios, Densímetro Modelo 3430

18. TÉCNICA DEL ENSAYO
Preparación del Terreno de Emplazamiento
Colocación del Densímetro
 Puesto que las condiciones de la superficie del suelo
pueden afectar mucho a la precisión de la medición,
es importante localizar un lugar plano, sin agujeros
grandes, grietas o restos de cualquier índole.
 Allanar la superficie del suelo moviendo hacia
delante y hacia atrás la placa para respaldo. Retirar
dicha placa y rellenar todos los agujeros y
desigualdades con arena fina, polvo de cemento o
de cal, aplanándolos para que sean bien nivelados.
 Colocar la placa para respaldo de nuevo en el mismo
lugar, y presionar hasta conseguir que la superficie
esté plana.

19.  En el caso de las
mediciones de
Transmisión Directa,
colocar la varilla de tal
manera que pase por la
herramienta de
perforación y luego por
una de las guías de la
placa.

20.  Protegerse con el equipo de Seguridad necesario.
Sujetar la placa con el pie y golpear con un martillo
el extremo de la varilla de perforación, hasta que
esta alcance una profundidad que sea, por lo menos,
50 mm (2 plg.) que la profundidad necesaria para la
medición.
 Para que se coloque el instrumento con la precisión
máxima, marque en el suelo el contorno de la placa
de respaldo/guía, antes de retirar la varilla de
perforación.

21.  Retirar la varilla de perforación en línea recta y hacia
arriba, y al mismo tiempo, girando hacia los lados,
la herramienta de extracción.
 Con cuidado, levantar la placa para respaldo y
colocar la sonda sobre la misma superficie. Insertar
la varilla con a fuente en el orificio creado por la
varilla de perforación.
 Introducir la varilla con la fuente en el orificio.
Liberar entonces el disparador y bloquear la varilla
con la fuente en la posición correcta. La indicación
de que se ha logrado esta posición es un “click”
producido por el elemento de fijación.

22.  En el caso de Superficies de Hormigón Asfáltico, la
preparación del emplazamiento no requiere el uso
de la placa para respaldo, siguiéndose entonces el
siguiente procedimiento:
 Buscar una zona igualada y plana del hormigón
asfáltico. En el caso de mezclas abiertas, se
puede rellenar todos los agujeros con arena o
con polvo de cemento, procurando que el
hormigón asfáltico quede siempre al descubierto.
La parte de la base de la sonda debe apoyarse
sobre el hormigón asfáltico, no sobre el material
de relleno.

23.  La sonda debe mantenerse estable y firme. Si no
es posible lograr estas condiciones, se debe
buscar otro emplazamiento. En el caso de hacer
una medición alrededor de un testigo, se puede
mover la sonda hasta estar a unas pulgadas del
testigo, para que quede firme.

24. Medición de los Parámetros de Densidad Proctor
 Colocar la sonda sobre el emplazamiento. Liberar el
mango y empujarlo hacia abajo hasta alcanzar la
posición correcta. Verificar que la clavija se
enganche con la señal en la varilla indicadora.
 Presionar <COMENZAR>
Una vez expirado el tiempo de conteo, la pantalla
mostrará:

25.  Densidad Húmeda
 Densidad Seca y Porcentaje % de Proctor
 Humedad y % de Humedad
 Volumen de Vacíos y Relación de Vacíos

26. Medición de los Parámetros de Densidad Marshall
(Asfaltos)
 Colocar la sonda sobre el emplazamiento. Liberar el
mango y empujarlo hasta alcanzar la posición de
Retrodispersión. Verificar que la clavija se enganche
con la señal en la varilla indicadora.
 Presionar <COMENZAR>
Una vez expirado el tiempo de conteo, la pantalla
mostrará:

27.  Densidad Húmeda y % de Marshall
 Densidad Seca
 Humedad y % de Humedad
 % de Vacíos y % de Marshall

28. CÁLCULOS
 Como hemos visto los datos de Densidad Seca y %
de Humedad se obtienen directamente del aparato
de medición.
 Adicionalmente debe realizarse un ensayo de
Compactación Proctor, con una muestra del suelo
ensayado, en el laboratorio, para poder determinar
el parámetro de grado de Compactación del suelo.

29. FORMATOS DE
LABORATORIO