Electronic hammer for nondestructive determination of compaction characteristics of fine-grained soils

Abstract

Obtaining physical and mechanical parameters of soil are mostly obtained in laboratories or by field tests. The main goal of this research is to determine compaction characteristics of fine-grained soils (clayey soils or Kaolinite) using an invented electronic hammer without the necessity of sampling and its complexity. To verify the accuracy of the invented device, first, using the modified Proctor compaction test introduced in AASHTO standard, is prepared compacted soil with different ratios. Induced shear waves increase resistance and voltage of strain gauge and force sensor. These values are transmitted to the AVR microcontroller using an ADC and finally, the soil strength is computed and displayed on the LCD. Comparing the results of the electronic hammer with direct shear test device leads to obtaining numerous correlation relations. Several soil samples with different compaction percentages and specific weights are evaluated and just with an impact of the hammer on the surface and using the correlation relations, compaction percentage or specific weight is estimated. The results show values less than 2 hammer reading are equivalent to compaction percentage less than 75% and more than 3 hammer reading values are equivalent to compaction percentage more than 90%.

La obtención de parámetros físicos y mecánicos del suelo se obtiene principalmente en laboratorios o mediante pruebas de campo. El objetivo principal de esta investigación es determinar las características de compactación de los suelos de grano fino (suelos arcillosos o caolinita) utilizando un martillo electrónico inventado sin la necesidad de un muestreo y su complejidad. Para verificar la precisión del dispositivo inventado, primero, usando la prueba de compactación Proctor modificada introducida en el estándar AASHTO, se prepara tierra compactada con diferentes proporciones. Las ondas de corte inducidas aumentan la resistencia y el voltaje del medidor de deformación y el sensor de fuerza. Estos valores se transmiten al microcontrolador AVR utilizando un ADC y, finalmente, la resistencia del suelo se calcula y se muestra en la pantalla LCD. La comparación de los resultados del martillo electrónico con el dispositivo de prueba de corte directo conduce a la obtención de numerosas relaciones de correlación. Se evalúan varias muestras de suelo con diferentes porcentajes de compactación y pesos específicos y solo con un impacto del martillo en la superficie haciendo uso de las relaciones de correlación, se estima el porcentaje de compactación o el peso específico. Los resultados muestran que los valores de lectura del martillo inferiores a 2 son equivalentes al porcentaje de compactación inferior al 75 % y los valores de lectura del martillo superiores al valor 3 son equivalentes al porcentaje de compactación superior al 90 %.