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Método estándar para la determinación del contenido de agua en suelos y en roca “in situ” por método nuclear. (Isótopos radiactivos)

s/n ASTM D 3017-05

1. Alcance.

1.1. Este método determina el contenido de agua en la cubierta de suelos y roca por la termalización o reducción de rápidos neutrones donde el neutrón fuente y el neutrón detector termal ambos quedan en la superficie.

1.2. El contenido de agua en masa por unidad de volumen debajo del material a tratar es determinada por comparación de la investigación de la velocidad de termalizado o reducción del neutron con la presición establecida con la calibración.

1.3. El valor expuesto en unidades del S.I. que son consideradas como patrón. Los equivalentes pulgada-libra pueden ser aproximados.

1.3.1. Esta es una práctica común en la profesión de ingeniería que concurrentemente usa libras para representar ambas unidades de masa (1bm) y de fuerza (1 bf). Están implícitamente combinados dos sistemas de unidades, es decir, el sistema absoluto y el sistema gravitacional. Este método de ensayo ha sido escrita usando el sistema absoluto para contenido en agua (kilogramos por centímetro cúbico) en unidades del S.I. Transformación a el sistema gravitacional de unidad de peso en 1bf/ft3 puede ser hecho multiplicando por 0,06243 o en kN/m3 multiplicando por 9,807. La grabación del contenido de agua en pulgada-fuerza por pie cúbico no debería ser considerada como no conforme con el método de ensayo aunque el uso es científicamente incorrecto.

1.4.Este patrón no significa dirigir todo el interés de seguridad, si es que alguno, asociado con el uso. Esta es la responsabilidad del usuario del patrón para establecer la seguridad y prácticas de salud convenientes y determinar los límites reguladores de aplicación previa a su uso.

2. Documentos de referencia.

2.1.ASTM Standards: D 1556 Método para la determinación de la densidad y el peso de un suelo “in situ” por el método de arena-cono. D 2216 Método para la determinación en laboratorio del contenido en agua (humedad) en suelos y rocas por masa. D 2922 Método para la determinación de la densidad en suelos y suelos agresivos “in situ” por el método nuclear (Isótopos radiactivos). D 2937 Método para la determinación de la densidad en suelos “in situ” por el método cilindro-conductor. D 4718 Prácticas para la corrección de la unidad de peso y el contenido en agua en suelos que contengan partículas de demasiado tamaño.

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3. Significado y uso.

3.1.Este método describe de forma rápida y no destructiva la técnica para la determinación “in situ” del contenido de agua en suelo y roca.

3.2.Este método es usado para el control de calidad y de aceptación para suelo y roca destinado a la construcción y para investigaciones y desarrollo. La no destrucción natural permite medidas repetitivas así como un simple ensayo de localización y análisis estadístico de los resultados.

3.3.El supuesto fundamento inherente de este método está presente el hidrógeno en forma de agua definida por la Norma D2216 y el material debajo es homogéneo con este método.

3.4.El resultado principal se puede ver afectado por la composición química, simple heterogeneidad y, en menor grado con la densidad del material, y la textura de la superficie del material testado. La técnica también muestra tendencia espacial cuando el aparato es más sensible al contenido de agua y el material cerrado a la proximidad de la superficie y menos sensible al los niveles de agua del fondo.

4. Interferencias.

4.1. La composición química de la muestra puede ser dramáticamente afectar a la medida, y ajustar puede ser necesario. El hidrógeno en otra forma de agua está definida en la Norma D2216 y carbón puede causar a la muestra en exceso de la verdadera valoración. Algunos elementos químicos como el boro, el cloro y cantidad pequeña de cadmio puede causar a la muestra un bajo valor verdadero.

4.2. El contenido de agua determinado por esta norma no es necesario el agua medio

con el volumen simple que envuelve a la muestra. La muestra esta profundamente influenciada por el contenido de agua y del material muy cerca de la superficie. El volumen de suelo y roca representado en la muestra es indeterminado y modificaría el contenido de agua y material. En general el contenido de agua en las grietas de material es pequeño respecto al volumen que envuelve a la muestra. En 160 kg / m3 aproximadamente el 50 % de la muestras típicas resultan tener de contenido de agua superior 50 a 75 mm (2 a 3 in)

4.2.1 Si el material de la muestra simple es llevado con intención de correlación

con otros métodos de roca corregida, el volumen de muestra puede ser aproximadamente 200 mm(8 in) diámetro de cilindro localizado directamente bajo la línea central del rápido neutron fuente y termal neutron detector. El más alto de los cilindros que es excavado es aproximadamente:

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Contenido de humedad Talla del cilindro Volumen Kg/m3 1bf/ft3 mm in. m3 ft3

80 5 250 10 0,0079 0,29 160 10 200 8 0,0063 0,23 240 15 150 6 0,0047 0,17 320 20 125 5 0,0039 0,15 400 25 112 4,5 0,0035 0,13 480 30 100 4 0,0031 0,12

Nota 1. El volumen de muestra de material compactado de campo por el ensayo puede efectivamente ser aumentado por repetición el ensayo se hará en el lugar inmediatamente contiguo (verticalmente u horizontalmente) y calculando el término medio de los resultados

4.3. Otra fuente de neutrón no debería ser con 8 m (25ft) de equipamientos operativos.

5. Aparatos.

5.1.Mientras que los detalles exactos de construcción de los aparatos pueden variar, el sistema consistirá en:

5.1.1. Fuente de electrones rápidos- Una mezcla sellada de material radiactivo

como Americio o radio y una blanco semejante al berilio. 5.1.2. Detector de electrones lentos- Algún tipo de detector de electrones lentos

como el Trifluoruro de boro o helio-3 inversamente proporcional. 5.1.3. Aparato lector- Una escala convenientemente calculada. Usualmente el

aparato lector contendrá un suministro de alto voltaje necesario para hacer funcionar el detector, y suministro de fuerza baja de voltaje para hacer funcionar el lector y los accesorios del equipo.

5.1.4. Vivienda- La fuente, detector, aparato lector y suministro de fuerza será, en la construcción de casas robustas como serán agua y resistente polvo.

5.1.5. Patrón de referencia- Un bloque de material hidrogenado para controlar el equipo de operación y establecer las condiciones para calcular la velocidad.

5.1.6. Aparato de preparación en el lugar- Un plato de acero, recto, u otra herramienta aplanadora adecuada como puede ser usado para aplanar el sitio de ensayo requerirá que este llano.

5.2.Aparatos calibrados conforme con Anexo A1. 5.3.Determinar la precisión de los aparatos conforme con Anexo A2.

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6. Peligros.

6.1.Este equipamiento utiliza material radiactivo que puede ser peligroso para la salud de los usuarios a menos que las precauciones propias sean tomadas.

6.2.Las instrucciones eficaces del operador juntos con la rutina de los procedimientos seguros, semejantes como; pruebas de fugas, documentos y evaluación de los datos de la película de chapa, uso de inspecciones métricas etc.…están recomendadas en las operaciones de este tipo de equipamientos.

7. Estandarización.

7.1.Todo el contenido de agua nuclear instrumento están sujetos en un futuro lejano a nueva fuente de radioactividad, detectores, y sistemas eléctricos cuyo cambio principal la relación entre el cálculo razonado y contenido en agua. Para compensar de nuevo los instrumentos, están calibrados en una relación de muestras calculadas razonadamente y realizadas con la referencia estándar. La referencia cálculo razonado debería ser el mismo o otra magnitud más grande que el rango de la muestra cálculo razonado por encima del rango útil del agua del equipo.

7.2.La estandarización del equipamiento de referencia estándar requiere empezar cada día usando el valor más bajo de la última toma retenida suficiente tiempo para asegurar la conformidad con los apartados 7.2.2 y 7.2.3. La estandarización será realizada con el equipo colocado a menos de 8 m (25 ft) de distancia para otros calibres y despejar con grandes masas de agua u otros equipamientos que puedan afectar a la lectura de los calibres.

7.2.1. Dar la vuelta al instrumento y tener en cuenta la estabilización en

concordancia con las instrucciones del fabricante. Si el instrumento ha sido utilizado cualquiera de los dos continuamente o intermitentemente durante el día en general lo mejor es dar el botón de encender condición de impedir tener que repetir la estabilización. Esto proporcionará más estabilidad, resultados constantes.

7.2.2. Usando la referencia estándar tomada como mínimo cuatro repeticiones

leídas en un periodo de muestras normalmente obteniendo la media. Si es disponible en el instrumento, en una medida en un periodo de cuatro veces o más es aceptable. Esto representa un chequeo de estandarización.

7.2.3. Si el valor obtenido esta dentro de los límites máximo y mínimo es

considerado en condiciones satisfactorias y el valor puede determinar el cálculo razonado para cada día de trabajo. Si el valor obtenido está fuera de los límites, entonces se debería de hacer otro chequeo de estandarización. Si el chequeo de la segunda estandarización esta entre

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los límites, el equipo puede ser usado, si suspende también el ensayo, el equipo se ajustará o se reparará como recomienda el fabricante.

(Ns – N0) ≤ 1,96 √ N0 / F Donde: Ns = valor actual del chequeo estandarización (7.2.2.) de referencia estándar. N0 = valor medio de las cuatro determinaciones de Ns llevadas por orden de preferencia. F = valor de preescala (A2.2.1.) 7.3. El valor de Ns debe de ser usado para determinar el cálculo razonado (valor teórico) para el día actual que se usa el equipo. Si por alguna razón se delibera el contenido de agua se llegaría a suspender su uso durante el día de su uso. Se realizará otra estandarización.

8. Procedimiento.

8.1.Instrumentos estandarizados. 8.2.Seleccionar la localización para el ensayo, donde el instrumento se posicionará a

una distancia menor de 250 mm sobre el camino y estará sujeto verticalmente. 8.3.Preparar el ensayo “in situ” de la siguiente manera:

8.3.1. Quitar todo el material suelto y distribuir, quitar el material adicional si es necesario y buscar el intervalo vertical en el aparato del ensayo. Conduciendo en la superficie y la predisposición espacial debería ser considerada en determinada profundidad con el instrumento en la entrada.

8.3.2. Preparar un área horizontal, con suficiente espacio para acomodar el

instrumento, proyectando en condiciones llanas así como obtener el máximo contacto entre el instrumento y el material a analizar. Si la base del instrumento está colocada debajo de la circundante superficie, el área horizontal será dos veces menor el área de la base del instrumento. Si la depresión es una grieta de 25 mm (1in), las condiciones en 8.2 deben encontrarse cerca despejando una gran área.

8.3.3. El emplazamiento del instrumento en la superficie del material ensayado

es crítico para la determinación del agua de la superficie. La condición óptima es contacto total entre la superficie de la planta del instrumento y la superficie del material ensayado. El hueco máximo debajo del instrumento no excederá aproximadamente 3mm (1/8 in). Usar

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fino/minúsculo natural de similar contenido de agua o un plato seco u otra herramienta adecuada. El área total ocupada no excederá al 10 % de la planta área del instrumento.

8.4.Proceder con el ensayo de la siguiente manera:

8.4.1. Apoyar el instrumento firmemente, poner la fuente en la posición correcta y poner a contar el periodo normal de medida.

8.4.2. Determinar la relación leyendo el patrón calculado (apartado 7). Desde esta relación y la calibración y ajustando datos, determinar en el lugar el contenido de agua por unidad de volumen. (Nota 2).

Nota 2: Algunos instrumentos tienen incorporados la provisión para calcular la relación, el contenido de agua por unidad de volumen con ajustes, la densidad seca, y el contenido de agua en porcentaje de densidad seca.

8.5.Si el volumen ensayado como se encuentra definido en el apartado 4.2.1. es insuficiente para el tamaño en suelos con roca contaminada (referente a la Norma D 4718), tomar un ensayo adicional y adjuntar la localización, y averiguar los resultados. (Nota 3).

Nota 3: El valor del contenido de agua obtenido debería de ser comparado con otros valores obtenidos en suelos y condiciones similares. La presencia de una gran partícula de roca o hueco en el suelo siendo ensayado puede dar un valor no representativo del contenido de agua. Si el valor es descomunalmente alto o bajo, debería de ser realizada otra determinación del contenido de agua. Evitar la preparación de otro sitio de ensayo, la muestra puede ser reubicada (semejante como rotando la muestra 90º) a el sitio original.

9. Cálculos. Calcular el contenido de agua, W, en porcentaje de densidad seca (o unidad de seco en peso) de la siguiente manera: W = Mm * 100 / Pd W = Mm * 100 / P– Mm Donde: W= al contenido de agua expresado en porcentaje de densidad seca. Mm = contenido de agua en Kg/m3 Pd = densidad seca del suelo o unidad seca en peso. P = humedad (total) densidad del suelo (Kg/m3) o unidad de masa en peso.

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10. Informe.

10.1. Dar la siguiente información: 10.1.1. Tomar el modelo y el número de serie del aparato de ensayo. 10.1.2. Calcular patrón y ajustar datos para el día del ensayo. 10.1.3. Nombre del operador. 10.1.4. Identificación del lugar donde se realiza el ensayo. 10.1.5. Descripción visual del material a analizar. 10.1.6. Calcular relación para cada lectura, si se aplica. 10.1.7. Contenido de agua en Kg/m3. 10.1.8. Humedad y densidad seca en Kg/m3 o en unidad seca en peso. 10.1.9. Contenido de agua expresado en densidad húmeda o en unidad de masa en peso.

11. Precisión y tendencia

11.1. Precisión: Criterios para decidir la aceptabilidad del valor obtenido del contenido de agua por este método son determinados en tabla1. El valor de la columna dos esta en las unidades actualmente medida por la muestra nuclear. Las figuras en la columna tres representan la desviación estándar que ha sido encontrada apropiada para el material ensayado en la columna uno. Las figuras que dan en la columna cuatro son los límites que no debería exceder la diferencia entre los resultados de dos ensayos llevados correctamente. Las figuras que dan están basadas en estudios de interlaboratorios en cual cinco ensayos en lugares que contiene suelo, con contenido de agua como se manifiesta en la columna dos, estaba realizado por ocho diferentes aparatos y operadores. El contenido de agua de cada lugar era determinado tres veces por cada aparato.

11.2. Tendencia: Ésta no acepta un valor de referencia por este método, por lo

tanto, la tendencia no puede ser determinada. 12. Palabras llave.

12.1. Ensayo de compactación, control en construcción, densidad, control de fidelidad, inspección, contenido muestra, control muestra, métodos nucleares, muestras nucleares, control de calidad, muestras de suelo, test de procedimientos, contenido en agua.

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TABLA 1 Análisis de los resultados estadísticos Precisión y tipo de

tierra Media

Kg/m3 (1b/ft3) Desviación estándar

Kg/m3 (1b/ft3)

Registro aceptable de 2 resultados Kg/m3 (1b/ft3)

Precisión de un solo operador: CL 194 (12,1) 5,6 (0,35) 15,5 (0,97) SP 300 (18,7) 7,4 (0,46) 20,7 (1,29) ML 314 (19,6) 5,6(0,35) 15,8 (0,99)

Precisión de multilaboratorio: CL 194 (12,1) 8,3 (0,52) 23,1 (1,44) SP 300 (18,7) 12,0 (0,75) 33,6 (2,10) ML 314 (19,6) 9,3 (0,58) 26,1 (1,63)

ANEXOS. A1 CONTENIDO EN AGUA CALIBRACIÓN Y VERIFICA CIÓN A.1.1.Calibración: Los calibres nuevamente adquiridos deben de calibrarse al principio. Existen calibres que deben de ser calibrados después de una reparación para no afectar al instrumento geométrico. Existen calibres que deben de ser calibrados para restablecer las curvas de calibración, tablas o coeficientes equivalentes si la unidad no encuentra la especificada tolerancia en el proceso de verificación. Si el dueño no establece el proceso de verificación, el calibre debe de calibrarse con una mínima frecuencia de 24 meses. A.1.2.Verificación: Existen calibres que deben ser verificados con una mínima frecuencia de 12 meses. El proceso de verificación y los resultados de tolerancia obtenidos deben de ser formalmente grabados y documentados. Si el proceso de verificación indica una varianza fuera de las tolerancias especificadas el calibre debe ser calibrado. A.1.3.Calibración responde: La calibración responde por que el calibre debe de estar con ± 16 Kg/m3 en el bloque cada uno para estar calibrado. Esta calibración es posible que esté hecha por el fabricante, el usuario, o el vendedor independiente. El bloque que se usa para la calibración debe ser competente de producir una curva general cubierta entera con el contenido de agua de estándares de los bloques previos fabricados con una curva con datos de información histórica. Debido al efecto de la composición química, la calibración llevada a cabo por el vendedor con el aparato no es aplicable a todo el material. Esto debe ser preciso para sílice y agua; por lo tanto, la calibración debería ser verificada y ajustada, si es necesario en concordancia con el apartado siguiente.

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A.1.4.Calibración estándar: A.1.4.1.: al principio la calibración estándar se debe de establecer usando algunos de los siguientes métodos, preparado el recipiente estándar debe ser larga aunque no cambia la observación para cálculos teóricos si está hecho largo dimensión. A.1.4.2.: Preparar un estándar homogéneo de material de hidrógeno teniendo un contenido de agua equivalente por comparación (usando instrumental nuclear) con arena silícica saturada estándar preparada acorde con el apartado A2.4.2. Usar bloques metálicos para peso densidad calibración semejante al magnesio o aluminio serán convertidos como cero de contenido de agua en un estándar. A.1.4.3.: Preparar un recipiente de material compactado con un porcentaje de contenido en agua determinado por la norma D2216, y la densidad en peso calculada desde la masa del material y las dimensiones interiores del recipiente. El contenido de agua se calcula de la siguiente manera: Mm = P * W / 100 + W Donde: Mm= el contenido de agua volumétrico, Kg/m3 W= contenido de agua expresado en porcentaje de masa húmeda P = peso total densidad expresado en Kg/m3 A.1.4.4.: Donde ni la anterior calibración estándar está disponible, el calibre puede ser calibrado para usar un mínimo de cuatro lugares de ensayo en un área proyecto de compactación donde el material ha estado en varios lugares diferentes de contenido de agua. El lugar del ensayo debe representar el registro del contenido de agua por encima cual la calibración usada. Pasadas cuatro reprodicciones nucleares la media deberá estar hecha en cada lugar del ensayo. La densidad de cada lugar deberá deliberarse por preparación de cuatro espacios cerrados determinaciones con equipamiento calibrado acorde a los métodos de ensayo D 2922, D 1556, o D2937.El contenido en agua de cada uno de los ensayos de densidad se determinará por el método de ensayo D2216. Usar el principal valor de las repeticiones leídas y calibrar el valor del punto de cada lugar. A.1.5. Calibración regulación. La calibración nuevamente obtenida o reparada del calibre debe estar verificada y regulada previa al uso. Las curvas de calibración deben ser revisadas previas a la realización del ensayo y el material que está claramente diferente del tipo de material

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antes de usarlo para obtener y regular la calibración. El material simple puede ser seleccionado por cualquiera de los apartados el A.1.5.1.1. o el A.1.5.1.2. La cantidad de agua debe de estar con ± 2 % del contenido de agua establecido como óptima compactación. Determinar el contenido de agua en Kg/m3 o 1b/ft3 Eq A 1.1.Un horno microondas o estufa directa puede ser utilizado para secar materiales aquellos que no son sensibles a temperatura, en adición a los métodos listados en A 1.4.4. Un mínimo de cuatro comparaciones es requerido y la media de las diferencias observadas usadas como factor de corrección. A 1.5.1.1. Recipiente(s) de material compactado llevado desde el sitio de ensayo puede ser preparado conforme con los procedimientos en A 1.4.3. A 1.5.1.2. Sito(s) de ensayo o material compactado pueden ser seleccionados conforme a A 1.4.4. A 1.5.2. El método y procedimiento de ensayo usados en la obtención del cálculo valorado para establecer el error debe ser igual como aquellos usados para la medición del contenido en agua de los materiales que son ensayados. A 1.5.3. El valor medio de la diferencia entre el contenido en agua de la muestra ensayada como se determina en A 1.5.1.1 o A 1.5.1.2 y los valores medios con el calibre pueden ser usados como una corrección a la medición hecha en el campo. Algunos calibres utilizan un microprocesador que pueden estar provisto a la entrada de un factor de corrección que es establecido por los valores relativos de contenido en agua como un porcentaje de densidad seca, de esta manera se elimina la necesidad a determinar la diferencia en unidades de masa de agua. A 1.6 Verificación de un existencia de calibración A 1.6.1. Confirmar la existencia de calibración cogiendo suficientes números de cálculo en uno o más bloques para establecer el contenido de agua para asegurar la precisión de la existencia de la calibración dentro de ± 16 Kg/m3 (± 1 1f/ft3). El contenido en agua de los bloques debería ser preparado conforme con sección A 1.4.2. y A 1.4.3. A 1.6.2. Los datos suficientes serán cogidos para asegurar el cálculo de la precisión del instrumento del mínimo la mitad del instrumento se calcula la presición necesaria para su campo de actuación suponiendo que el campo use medida de 1 min de duración y 4 minutos usados para calibración, o una relación equivalente. A 1.6.3. La calibración de los bloques usados para establecer los parámetros de calibración y bloques preparados pueden ser usados para verificar calibración. A 1.6.4. Los bloques preparados que tienen características de uniformidad reproducible pueden ser usados, pero cuidado deben ser cogidos para minimizar cambios en densidad y contenido en agua extraordinarias.

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A 1.6.5. El contenido en agua asignado del bloque(s) usado para verificación del instrumento será indicado como parte de los datos verificados. A 2. Determinación de la precisión de los aparatos A 2.1. Instrumentos para calcular precisión A 2.1.1. Los instrumentos para calcular la precisión están definidos como la modificación en contenido en agua que corresponde a un cambio de la desviación estándar en el cálculo debido al desmoronamiento al azar de la fuente de radiactividad. El contenido de agua del material y un largo periodo de tiempo el cálculo debe estar en condiciones. Se puede determinar usando los datos de la calibración (Eq A.1.1.) o el procedimiento de verificación del apartado A.1.6. A 2.1.2. Determinar la precisión del instrumento del sistema, P, desde la pendiente de la curva de calibración, S, y la desviación estándar,σ, de las señales (neutrones detectados) contados por minuto (cpm), así como sigue:

P = σ / S Donde: P = precisión σ = desviación estándar, cpm S = pendiente, cpm/Kg/m3 (cpm/1b/ft3) Nota A 2.1- Exponer los cálculos del calibre que pueden ser en escala. Contactar con el fabricante para obtener el factor pre – escala apropiada. A.2.2. Determinar la pendiente de la curva de calibración para 160 Kg/m3 puntos calculados por minutos por kilogramo por metro cúbico (calculado por minuto por pie cúbico). Determinar la desviación estándar un mínimo de 20 repeticiones leídas en cada minuto (la fuente no se mueve después de la entrada del primer cálculo) llevado el material teniendo un contenido de agua de 160 ± 10 Kg/m3. El valor de P es típicamente menor que 4,8 Kg/m3.