Volumenómetro a globo: cómo medir la densidad del suelo in situ

Guía práctica para comprender cómo funciona el volumenómetro a globo, calcular la densidad seca del suelo y verificar la compactación alcanzada en obra.

ENSAYOS Y PROCEDIMIENTOS

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Volumenómetro a globo utilizado para medir la densidad del suelo in situ sobre un terreno compactado
Volumenómetro a globo utilizado para medir la densidad del suelo in situ sobre un terreno compactado

Volumenómetro a globo: cómo medir la densidad del suelo in situ

La compactación de un suelo no se controla solamente observando su aspecto o verificando la cantidad de pasadas realizadas por el equipo compactador.

Para conocer el resultado alcanzado es necesario determinar la densidad seca del material colocado en obra y compararla con la densidad seca máxima obtenida previamente mediante un ensayo Proctor.

El volumenómetro a globo permite medir el volumen de una pequeña excavación realizada en el suelo y, a partir de ese dato, calcular su densidad in situ.

Qué es un volumenómetro a globo

El volumenómetro a globo es un equipo utilizado para determinar el volumen de un orificio excavado en un suelo compactado.

El aparato posee una membrana flexible que se expande dentro de la excavación. Al adaptarse a las paredes del orificio, permite conocer su volumen mediante la diferencia entre las lecturas inicial y final del equipo.

La masa del suelo extraído y el volumen medido permiten calcular la densidad húmeda del material. Luego, conociendo su contenido de humedad, puede determinarse la densidad seca.

Para qué sirve el ensayo

El método se utiliza principalmente para controlar la compactación de:

  • Terraplenes.

  • Rellenos estructurales.

  • Subrasantes.

  • Bases y subbases.

  • Rellenos de zanjas.

  • Plataformas y sectores de apoyo.

El resultado permite verificar si el suelo colocado alcanzó el porcentaje de compactación requerido por el proyecto o la especificación técnica.

Qué relación tiene con el ensayo Proctor

El ensayo Proctor determina, en laboratorio, dos valores de referencia:

  • La densidad seca máxima.

  • La humedad óptima de compactación.

El volumenómetro, en cambio, permite determinar la densidad seca realmente alcanzada en el terreno.

Con ambos valores puede calcularse el grado de compactación:

Grado de compactación (%) = densidad seca en campo / densidad seca máxima Proctor × 100

Por ejemplo, si la densidad seca medida en obra es de 1,85 g/cm³ y la densidad seca máxima obtenida mediante Proctor es de 1,95 g/cm³:

Grado de compactación = 1,85 / 1,95 × 100 = 94,9 %

Ese resultado debe compararse con el porcentaje exigido para la obra, que puede ser, por ejemplo, 90 %, 95 % u otro valor establecido por el proyecto.

Equipamiento necesario

Para realizar la determinación normalmente se requiere:

  • Volumenómetro a globo.

  • Placa o aro de apoyo.

  • Membrana flexible en buenas condiciones.

  • Balanza con capacidad y resolución adecuadas.

  • Herramientas para realizar la excavación.

  • Recipiente o bolsa para conservar el material extraído.

  • Elementos para determinar el contenido de humedad.

  • Materiales de calibración indicados para el equipo.

El volumenómetro debe encontrarse calibrado y la membrana no debe presentar pérdidas, perforaciones ni deformaciones que afecten la lectura.

Consultar por volumenómetros y equipos para control de compactación

Cómo se realiza la determinación

El procedimiento general comprende las siguientes etapas:

  1. Se prepara y nivela cuidadosamente la superficie del suelo.

  2. Se coloca el equipo o su placa de apoyo y se obtiene una lectura inicial.

  3. Se excava un orificio dentro del área delimitada, conservando la totalidad del material extraído.

  4. Se determina la masa húmeda del suelo retirado.

  5. Se coloca nuevamente el volumenómetro y se expande la membrana dentro del orificio.

  6. Se registra la lectura final y se calcula el volumen de la excavación.

  7. Se determina el contenido de humedad de una muestra representativa.

  8. Con la masa, el volumen y la humedad se calculan la densidad húmeda y la densidad seca del suelo.

El procedimiento detallado, las tolerancias y la forma de calibración deben ajustarse a la especificación técnica aplicable.

Cómo se calcula la densidad del suelo

La densidad húmeda se obtiene dividiendo la masa húmeda del suelo extraído por el volumen de la excavación:

Densidad húmeda = masa húmeda / volumen del orificio

Para obtener la densidad seca se corrige el resultado utilizando el contenido de humedad:

Densidad seca = densidad húmeda / (1 + humedad)

En esta expresión, la humedad debe utilizarse en forma decimal. Por ejemplo, una humedad del 12 % se introduce como 0,12.

La densidad seca resultante es la que debe compararse con la densidad seca máxima del ensayo Proctor correspondiente.

En qué suelos puede utilizarse

El método resulta apropiado para suelos firmes capaces de conservar la forma del orificio durante la medición.

Puede emplearse en suelos finos y en determinados materiales granulares que no contengan una proporción importante de partículas gruesas o angulosas.

No resulta conveniente cuando:

  • El suelo es muy blando y se deforma al aplicar presión.

  • El material está saturado.

  • Las paredes de la excavación se desmoronan.

  • Existen partículas grandes que impiden una medición representativa.

  • El suelo contiene fragmentos filosos que pueden perforar la membrana.

  • La superficie no permite apoyar y sellar correctamente el equipo.

La selección del método debe realizarse según las características del material y las exigencias del proyecto.

Errores frecuentes

Perder parte del suelo excavado

Toda la masa extraída debe conservarse. La pérdida de partículas modifica directamente el cálculo de densidad.

Deformar el orificio

Las paredes deben mantenerse estables. Si el material se desprende o se compacta durante la excavación, el volumen medido deja de representar correctamente la muestra retirada.

Utilizar una membrana dañada

Una perforación o pérdida impide que el equipo mantenga el volumen y la presión necesarios para obtener una lectura confiable.

No nivelar la superficie

Una superficie irregular puede impedir el correcto apoyo de la placa y generar diferencias entre las lecturas inicial y final.

Determinar mal la humedad

La densidad seca depende del contenido de humedad. Una muestra poco representativa o mal conservada puede alterar significativamente el resultado.

Comparar con un Proctor incorrecto

El valor de campo debe compararse con el ensayo Proctor correspondiente al mismo material y al método especificado. No deben mezclarse resultados de Proctor estándar y modificado ni referencias obtenidas con muestras diferentes.

Volumenómetro a globo y cono de arena

Ambos métodos permiten determinar el volumen de una excavación y calcular la densidad del suelo en el terreno.

En el cono de arena, el volumen se obtiene mediante arena calibrada que llena el orificio. En el volumenómetro, una membrana flexible se expande y se adapta a su forma.

La elección depende del material, de la especificación aplicable, de las condiciones del lugar y del equipamiento disponible. Ninguno de los métodos debe seleccionarse únicamente por comodidad sin verificar previamente su aptitud para el suelo ensayado.

Qué información entrega el ensayo

El ensayo permite obtener:

  • La densidad húmeda del suelo.

  • El contenido de humedad.

  • La densidad seca en campo.

  • El grado de compactación respecto del Proctor.

Estos datos permiten evaluar si una capa puede aceptarse o si requiere corrección, aireación, incorporación de humedad o nuevas pasadas de compactación.

El porcentaje obtenido no debe interpretarse de manera aislada. Siempre debe compararse con la especificación del proyecto, el método Proctor utilizado y las condiciones del material evaluado.

Referencias técnicas

El método fue desarrollado históricamente en la norma ASTM D2167 para determinar la densidad y el peso unitario del suelo in situ mediante un aparato de globo de goma.

ASTM retiró la edición D2167-15 en 2024. Por lo tanto, antes de utilizar el método con fines de aceptación contractual o declarar conformidad normativa, debe verificarse qué verificarse qué procedimiento y edición exige actualmente el pliego, el organismo competente o la dirección de obra.

En Parámetro podemos asesorarte sobre la configuración del equipo y los elementos necesarios para realizar controles de densidad y compactación en campo.

Consultanos indicando el suelo, el método y la especificación que necesitás aplicar.

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