laboratorio nacional de vialidad densÍmetro no nuclear · se calcula el valor de compensación o...
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LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD
DENSÍMETRO NO NUCLEAR
Rodrigo Uribe OlivaresJefe Área de Asfalto
Curso Laboratorista Vial “A”29 Julio 2015
Considerando lo dañino y perjudical para la salud y el medioambiente al utilizar Equipos en base a Radiaciones Ionizanteslos que van en desmedro del ecosistema, por esta razón surgióla necesidad de estudiar nuevas tecnologías de medición dedensidades para los pavimentos de mezclas asfálticas
Durante la construcción de las capas que componen unpavimento de mezcla asfáltica en caliente, las determinacionesde las densidades se efectúan en las distintas etapas paracontrolar el efecto de los rodillos y asegurar una compactaciónque permita obtener la densidad mínima de diseño.
Introducción:
El equipo más utilizado actualmente para determinar lasdensidades es el Densímetro Nuclear, el que se ha utilizadodurante muchos años.
En el último tiempo un nuevo equipo denominado DensímetroNo Nuclear fue introducido en el mercado internacional, elcual funciona por medio de impedancia eléctrica.
Introducción:
Densímetro No Nuclear.Densímetro No Nuclear.
Recientemente, un nuevo tipo de Densímetro de tecnologíaavanzada No Nuclear, ha sido introducido en el país, este funcionamediante impedancia eléctrica obteniendo con precisión lecturas dedensidad en los pavimentos de mezcla asfáltica en caliente.
Equipo No Nuclear PQI 380
Fuente: “Manual Operador”
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento
El Densímetro No Nuclear se basa en el principio de impedancia eléctrica.
La Impedancia Eléctrica del material a ensayar es proporcional a la Cte.Dieléctrica e inversamente proporcional al Volumen de Huecos y al Porcentajede Compactación, es decir, el campo eléctrico va a variar en función de ladensidad.
El campo eléctrico es transmitido a través del material, desde la placa sensora delequipo. Luego la impedancia es medida y utilizada en el calculo de la densidadde ese conjunto especifico como lo ilustra la figura.Simulación Comsol
Fuente: “Manual Operador Densímetro No Nuclear”
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento
A medida que la mezcla asfáltica en caliente es compactada (es decir, aumenta ladensidad y disminuyen los vacíos de aire), cambia la proporción del volumen deaire, provocando un cambio en la señal registrada por el Equipo.
Esto implica que la densidad obtenida por el Densímetro No Nuclear no es unvalor absoluto, por lo tanto debe corregirse por un valor de referencia (Testigode Asfalto).
Equipamiento Densímetro No Nuclear
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
BateryBatery
Operación
Un Interruptor de encendido y apagado. Pantalla Táctil de 480x640 VGA (Video Graphics Array), para navegar a
través de la interfaz. Los iconos se encuentran en la pantalla para facilitar la navegación.
Operación
Registro de datos tales como: El operador debe ajustar losdatos de entrada, configurando fecha, hora, GPS, unidad demedida, modo de lectura e información del operador.
Operación
Detalles de la mezcla, así como Densidad Marshall, Espesor dela Capa, Tamaño del árido de la Mezcla y Offset.
Operación
Detalles del Proyecto como Contrato, Ruta, Localización yContacto.
Operación
Registro de datos tales como:
Cambio de Unidad de medición.
Operación
Cambio de Modo de Lectura.
Modo de LecturasModo de Lecturas
Average o Promedio
Esta lectura consiste en un formato de hojade trébol (cinco lecturas). En la pantalla seresalta el número de lectura, así como laposición del equipo. Después de la quintalectura el equipo mostrará el resumen de lascinco lecturas individuales y el promediode la compactación, densidad ytemperatura.
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
Single o Individual
Esta modalidad solo es capaz de almacenar unamedida a la vez, la cual puede ser rechazada,aceptada o registrada y almacenada en esepunto en la memoria del equipo.
Continuous o Continua
En esta medición los datos no se almacenan, alcomenzar a medir en el método continuo estemostrará continuamente los valores, y paraactualizar la compactación, densidad ytemperatura, solo se debe pulsar el botón stop.
Segregation o Segregación
En esta modalidad tampoco se almacenan los datos,este método puede ser usado en el equipoconvenientemente las variaciones de densidad queresulta de la medición en diferentes puntos de uncamino o tramo de él. Una vez realizada lasmediciones el equipo entregará un porcentaje decompactación, densidad y temperatura para laslecturas más baja, alta y media.
Modo de LecturasModo de Lecturas
Calibración Básica: “Proceso de Estandarización”Calibración Básica: “Proceso de Estandarización”
Una vez encendido el equipo Densímetro No Nuclear, se debe realizar unaprueba de estandarización, la cual se efectúa en el interior de la funda detransporte sobre una placa de acero situada en la parte inferior de la caja. Esteprocedimiento, se debe hacer lejos de objetos metálicos o antenas de gran tamañoque puedan inferir en su resultado.
Calibración Básica: “Proceso de Estandarización”Calibración Básica: “Proceso de Estandarización”
Calibración Calibración
Calibración Central
Este método de control contempla un mínimo de cinco puntos deprueba debidamente identificados sobre el pavimento de asfalto.
Se debe situar el Densímetro No Nuclear sobre el pavimento deasfalto, pintar o marcar un círculo alrededor de la base del Equipo,se recomienda utilizar el modo de lectura de Average o Promedio(hoja de trébol).
Calibración Calibración
Calibración Calibración
Calibración Central
Ya medidos los cincos puntos de prueba se debe extraer un testigo(Se recomienda utilizar el promedio de 7 testigos), el cual sedetermina su densidad en Laboratorio.
Se calcula el valor de Compensación o desplazamiento (Factor decorrección Offset), que es la diferencia de la media de lasdensidades obtenidas con el Densímetro No Nuclear con lostestigos.
Este valor Offset (compensación o desplazamiento), se debecalcular para cada tipo de mezcla o contrato específico, el cual deberealizarse antes de comenzar las faenas de pavimentación.
Ventajas y LimitacionesVentajas y Limitaciones
No necesita licencia especial de operación y permisos para materialesradioactivos.
Es ligero y fácil de usar. Posee una autonomía de funcionamiento portátil de aproximadamente 12
horas. Almacena en su memoria una cantidad importante de registros, que se
descargan a través de una unidad USB. No necesita transporte y una bodega de almacenamiento especial.
Ventajas
Limitaciones La placa de estandarización o patrón es única para cada medidor. No deben realizarse mediciones cerca de grandes objetos metálicos. No debe utilizar el equipo cerca de cables eléctricos de alta tensión.
Contrastación de medicionesContrastación de mediciones
Los procesos de medición y control usados para determinación de densidades insitu con los diferentes equipos (Densímetro No Nuclear y Densímetro Nuclear),y la contrastación de ambos con los testigos, en los distintos caminospavimentados con mezcla asfáltica.
ProcedimientoMediciones de densidades con los equipos; Densímetro No Nuclear y Densímetro Nuclear
Medición Densímetro Nuclear Camino Champa-Rangue.
Fuente: Capturada en Terreno
Medición Densímetro No Nuclear Camino Champa-Rangue.
Fuente: Capturada en Terreno
En los sectores donde se midieron las densidades con ambos equipos, se extraen testigos de asfalto.
Cuesta Lo Prado Sta. Inés.
Ya analizados los testigos se vuelven a medir las densidades en terreno en losmismos lugares ya demarcados, solo con el Densímetro No Nuclear y aplicandoel factor de corrección (OFFSET)
Fuente: Capturada en Terreno
Análisis EstadísticoAnálisis Estadístico
Cualquier tipo de proceso requiere dentro de una organización un sistema demedición apropiado que permita medir la calidad de las características de losproductos que se fabrican.
El estudio de repetibilidad y reproducibilidad (r&R) permite calcular lavariabilidad dentro de cualquier tipo de proceso y determinar si esta variaciónes aceptable o no.
Existen varios métodos para realizar el estudio r&R, pero el método ANOVAes el más exacto para calcular la variabilidad dentro de un proceso.
RepetibilidadRepetibilidad
Esta variación se presenta cuando el mismo instrumento es utilizado por unapersona al medir repetidas veces la misma parte, es decir, es la variación de laslecturas individuales que se han repetido con el mismo instrumento y la mismapersona.
Reproducibilidad Reproducibilidad
Se refiere a la variación observada entre los promedios de varios operadores,cuando cada operador realiza varias lecturas sobre la misma parte y usando elmismo instrumento.
En este Test, se utilizo 1 Equipo, 5 Partes y 3 Operadores:
Donde:
a : Número de operadores. b : Número de Partes. n : Número de medidas para cada parte por cada operador.
N : Número total de datos.
Donde:
a : Número de operadores. b : Número de Partes. n : Número de medidas para cada parte por cada operador.
N : Número total de datos.
Medición de Densidades
Fuente: Capturada en Terreno Fuente: Capturada en Terreno
Tolerancia = 25 Error absoluto admisible, en las mismas unidades que lo medido 1,14%
r = 2 repetibilidad 2201 0,0114
R = 3 Reproducibilidad 25
Cuando la Reproducibilidad es mayor a la Repetibilidad, esto indica que esnecesario entrenar al operador, tanto en el manejo del instrumento como en latoma de los datos.
HomologaciónHomologación
El procedimiento de análisis consistió en determinar las densidades mediantelos tres procedimientos en estudio para su comparación.
Los resultados del equipo Densímetro No Nuclear se corrigieron con unOffset para cada proyecto, determinado como la diferencia entre el promediode las densidades de los testigos medidos en laboratorios con el promedio delas densidades medidas con el equipo no nuclear.
Aplicación de Offset
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
Aplicación de Offset
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
ResultadosResultados
Descripción de los Proyectos
Fuente: Elaboración Propia
Para cada camino, se ingreso en el menú del Equipo Densímetro No Nuclear:
Tamaño Máximo del árido de la mezcla asfáltica.Espesor de la capa a controlar.Densidad Marshall.
Cabe señalar que todos los caminos analizados son proyectos ya ejecutados.
Densidades Camino Champa – Rangue I
Fuente: Elaboración Propia
A continuación se muestran los resultados obtenidos en uno de los caminospropuestos:Contrato Conservación Periódica Camino Champa – Rangue IRol G – 546Sector Km. 0,2 al Km 15,0Provincia MaipoRegión MetropolitanaD. Marshall 2361 (kg/m³)Espesor 50 mm
Km Pista ρProm [%] ρProm Δρ [%] Δ[%] ρProm Δρ [%] Δ[%][kg/m³] Comp. [kg/m³] Comp. [kg/m³] Comp.
0,358 1 2347 99% 2124 223 90% 9% 2180 167 92% 7%2,371 1 2322 98% 2129 193 90% 8% 2199 123 93% 5%4,21 1 2337 99% 2135 202 90% 9% 2164 173 92% 7%
7,521 1 2335 99% 2106 229 89% 10% 2191 144 93% 6%9,873 1 2355 100% 2121 234 90% 10% 2201 154 93% 7%12,256 1 2296 97% 2030 266 86% 11% 2151 145 91% 6%13,968 1 2404 102% 2086 318 88% 13% 2163 241 92% 10%14,616 1 2456 104% 2246 210 95% 9% 2271 185 96% 8%0,954 2 2285 97% 2028 257 86% 11% 2143 142 91% 6%3,114 2 2356 100% 2125 231 90% 10% 2176 180 92% 8%5,356 2 2379 101% 2147 232 91% 10% 2153 226 91% 10%8,915 2 2300 97% 2081 219 88% 9% 2162 138 92% 6%10,99 2 2300 97% 2127 173 90% 7% 2145 155 91% 7%13,301 2 2338 99% 2131 207 90% 9% 2174 164 92% 7%14,904 2 2375 101% 2143 232 91% 10% 2164 211 92% 9%
Testigo Densímetro Nuclear Densímetro No Nuclear
Análisis de Datos Camino Champa – Rangue I
Fuente: Elaboración Propia
El Coeficiente de Variación fluctúa entre:
Testigos = 0,8 a 2,5 %. Densímetro Nuclear = 1,6 a 4,1 %. Densímetro No Nuclear = 0,5 a 1,5 % (Sin aplicar Factor Offset)
Gráfico Densidades Camino Champa – Rangue I (Pista Uno)
Fuente: Elaboración Propia
Gráfico Compactación Camino Champa – Rangue I (Pista Uno)
Fuente: Elaboración Propia
En el capitulo anterior se determinaron los factores de corrección denominadoOffset para los 13 caminos.
ComprobaciónComprobación dede ResultadosResultados
Densidades Camino Champa – Rangue I aplicando factor de corrección = 170 (kg/m³)
Fuente: Elaboración Propia
Km Pista ρProm % ρProm Δρ % Δ%(kg/m³) Comp. [kg/m³] Comp.
0,358 1 2347 99% 2362 -15 100% -1%2,371 1 2322 98% 2377 -55 101% -2%4,21 1 2337 99% 2357 -20 100% -1%
7,521 1 2335 99% 2320 15 98% 1%9,873 1 2355 100% 2373 -18 101% -1%12,256 1 2296 97% 2338 -42 99% -2%13,968 1 2404 102% 2349 55 99% 2%14,616 1 2456 104% 2401 55 102% 2%0,954 2 2285 97% 2369 -84 100% -4%3,114 2 2356 100% 2375 -19 101% -1%5,356 2 2379 101% 2338 41 99% 2%8,915 2 2300 97% 2342 -42 99% -2%10,99 2 2300 97% 2303 -3 98% 0%13,301 2 2338 99% 2355 -17 100% -1%14,904 2 2375 101% 2349 26 99% 1%
Testigo Densímetro No Nuclear
Fuente: Elaboración Propia
Análisis de Datos
Testigo DNN ρPromedio [kg/m³] 2346 2354 Desviación Estándar 45,4 24,4 Varianza de la Muestra 2062 593 Rango 171 98 Mínimo 2285 2303 Máximo 2456 2401 Nivel de Confianza [95%] 25,1 13,5
Coeficiente de Variación [%] 1,9 1,0
Análisis de Datos
Testigo DNN ρPromedio [kg/m³] 2346 2354 Desviación Estándar 45,4 24,4 Varianza de la Muestra 2062 593 Rango 171 98 Mínimo 2285 2303 Máximo 2456 2401 Nivel de Confianza [95%] 25,1 13,5
Coeficiente de Variación [%] 1,9 1,0
El Coeficiente de Variación aplicando el Factor Offset fluctúa entre:
Testigos = 0,8 a 2,5 %. Densímetro No Nuclear = 0,2 a 1,0 %.
Análisis de Datos Camino Champa – Rangue I
Gráfico Densidades Camino Champa – Rangue I (Pista Uno)
Fuente: Elaboración Propia
Gráfico Compactación Camino Champa – Rangue I (Pista Uno)
Fuente: Elaboración Propia
CONCLUSIONES
Basándose en los resultados obtenidos en este estudio, lasconclusiones alcanzadas son las siguientes:
Como medidor de densidad arroja valores más cercanos a ladensidad de los testigos que el Densímetro Nuclear.
Posee la ventaja que no trabaja con fuentes radioactivas, porlo tanto no necesita protocolos, reglamentos y permisos,además no produce daños en la salud del operador ni tampocoal entorno.
El único método exacto para obtener la densidad absoluta deun pavimento es mediante los testigos, por lo tanto siempre sedebe obtener el factor de corrección Offset para medir lasdensidades con el Equipo No Nuclear.
CONCLUSIONES
Los resultados como ya se indico son concluyentes enestablecer la viabilidad del uso del Densímetro No Nuclear,por lo tanto, se demuestra que el Equipo puede serhomologado.
En definitiva, el Densímetro No Nuclear, es un instrumentoque a base de tecnología avanzada determina las densidades insitu sobre la colocación de un pavimento de mezcla asfálticaen caliente, de manera segura y sin ningún riesgo de radiaciónque perjudique la salud del operador y medio ambiente.
GRACIAS.