Densidad aparente y esponjamiento de materiales de movimiento de tierras

Un volumen levantado se convierte en toneladas, viajes de camión y pago solo a través de una densidad, y la densidad correcta depende de si el material está en el terreno, suelto en un acopio o compactado en un terraplén. Esta referencia da la densidad suelta y en banco, el factor de carga y el esponjamiento de 20 materiales habituales, y muestra cómo usarlos sin mezclar estados.

En banco, suelto y compactado

El volumen en banco es el material tal como está en su sitio: lo que mide el levantamiento de una excavación. El volumen suelto es el mismo material después de excavarlo, esponjado por los huecos entre sus partículas: lo que mide el levantamiento de un acopio. El volumen compactado es el material extendido y compactado en un terraplén.

El factor de carga los relaciona: volumen suelto = volumen en banco ÷ factor de carga, y esponjamiento = 1 ÷ factor de carga − 1. El tonelaje siempre es volumen × densidad del mismo estado: volumen en banco con densidad en banco, volumen suelto con densidad suelta.

Tabla de referencia

Valores de las tablas de densidad de materiales de Caterpillar; el esponjamiento se deriva del factor de carga. La fuente advierte que el peso varía con la humedad, la granulometría y la compactación, y que hacen falta ensayos para fijar valores exactos: use la tabla como punto de partida, no como medición.

Densidad suelta y en banco, factor de carga y esponjamiento de materiales habituales (fuente: Caterpillar; esponjamiento = 1 / factor de carga − 1)
MaterialSuelto (kg/m³)En banco (kg/m³)Factor de cargaEsponjamiento
Arcilla, en banco natural166020200,8222 %
Arcilla seca148018400,8123 %
Arcilla húmeda166020800,8025 %
Arcilla y grava, secas142016600,8518 %
Arcilla y grava, húmedas154018400,8518 %
Tierra seca compacta151019000,8025 %
Tierra húmeda excavada160020200,7927 %
Tierra franca125015400,8123 %
Grava de cantera (todo uno)193021700,8912 %
Grava seca151016900,8912 %
Grava seca, 6–50 mm169019000,8912 %
Grava húmeda, 6–50 mm202022600,8912 %
Arena seca suelta142016000,8912 %
Arena húmeda169019000,8912 %
Arena mojada184020800,8912 %
Arena y arcilla, sueltas160020200,7927 %
Arena y grava, secas172019300,8912 %
Arena y grava, húmedas202022300,9110 %
Piedra triturada160026700,6067 %
Tierra vegetal95013700,7043 %

Ejemplos resueltos

El levantamiento de un acopio mide material suelto. Un acopio de 904,8 m³ de arena y grava secas a 1720 kg/m³ sueltos pesa 904,8 × 1,72 = 1556 t.

El levantamiento de una excavación mide material en banco. 1000 m³ de arcilla en banco natural (factor de carga 0,82) se convierten en 1000 ÷ 0,82 = 1219,5 m³ sueltos, es decir, 82 viajes con una caja de 15 m³. Su peso es 1000 × 2,02 = 2020 t en banco, o 1219,5 × 1,66 = 2024 t suelto: el mismo material, coherente dentro del redondeo del factor de carga.

Uso de la tabla: dos conversiones resueltas
CasoCálculoResultado
Acopio de arena y grava secas (suelto)904,8 m³ × 1,72 t/m³1556 t
Excavación en arcilla en banco → suelto1000 m³ ÷ 0,821219,5 m³
Viajes, caja de 15 m³1219,5 ÷ 15 = 81,382 viajes
Tonelaje de esa excavación1000 m³ × 2,02 t/m³2020 t

Mida su propio material

Los valores de tabla esconden una gran dispersión: la humedad, la granulometría y la forma de excavar los mueven. Para un tonelaje que alguien pagará o cobrará, pese algunos camiones cargados frente a su volumen suelto levantado y mida la densidad en banco in situ. El terraplén compactado tiene su propia merma, que esta tabla no da: mídala en obra.

En STREAM la densidad se introduce por acopio, de modo que cada material del patio lleva su propio valor medido; el informe muestra el volumen y el tonelaje resultantes.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre volumen en banco, suelto y compactado?

El volumen en banco es el material en su sitio, el suelto es el mismo material excavado (mayor por los huecos entre partículas) y el compactado es el material extendido y compactado en un terraplén. Volumen suelto = volumen en banco ÷ factor de carga.

¿Cómo se calcula el esponjamiento a partir del factor de carga?

Esponjamiento = 1 ÷ factor de carga − 1. Un factor de 0,82 significa 1 ÷ 0,82 − 1 ≈ 22 %; la piedra triturada, con 0,60, se esponja alrededor de un 67 %.

¿Qué densidad uso para el tonelaje de un acopio?

La densidad suelta, porque el levantamiento de un acopio mide material suelto. Use la densidad en banco solo con volúmenes en banco, como una excavación medida in situ.

¿Qué exactitud tienen las densidades de tabla?

Son valores de partida. La propia fuente indica que el peso varía con la humedad, la granulometría y la compactación y que hacen falta ensayos; pese camiones cargados o mida la densidad in situ para cualquier cantidad que se pague.

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