laboratorio nacional de vialidad …metro no nuclear. recientemente, un nuevo tipo de densímetro de...
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LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD
DENSÍMETRO NO NUCLEAR
Rodrigo Uribe Olivares
Jefe Área de Asfalto
08 Marzo 2016
Considerando lo dañino y perjudical para la salud y el medio ambiente al utilizar Equipos en base a Radiaciones Ionizantes los que van en desmedro del ecosistema, por esta razón surgió la necesidad de estudiar nuevas tecnologías de medición de densidades para los pavimentos de mezclas asfálticas
Durante la construcción de las capas que componen un pavimento de mezcla asfáltica en caliente, las determinaciones de las densidades se efectúan en las distintas etapas para controlar el efecto de los rodillos y asegurar una compactación que permita obtener la densidad mínima de diseño.
Introducción:
El equipo más utilizado actualmente para determinar las densidades es el Densímetro Nuclear, el que se ha utilizado durante muchos años.
En el último tiempo un nuevo equipo denominado Densímetro No Nuclear fue introducido en el mercado internacional, el cual funciona por medio de impedancia eléctrica.
Introducción:
Densímetro No Nuclear.
Recientemente, un nuevo tipo de Densímetro de tecnología
avanzada No Nuclear, ha sido introducido en el país, este funciona
mediante impedancia eléctrica obteniendo con precisión lecturas de
densidad en los pavimentos de mezcla asfáltica en caliente.
Equipo No Nuclear PQI 380
Fuente: “Manual Operador”
Principio 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 Porcentaje
de Compactación, es decir, el campo eléctrico va a variar en función de la
densidad.
El campo eléctrico es transmitido a través del material, desde la placa sensora del
equipo. Luego la impedancia es medida y utilizada en el calculo de la densidad
de ese conjunto especifico como lo ilustra la figura.
Fuente: “Manual Operador Densímetro No Nuclear”
Principio de funcionamiento
A medida que la mezcla asfáltica en caliente es compactada (es decir, aumenta la
densidad y disminuyen los vacíos de aire), cambia la proporción del volumen de
aire, provocando un cambio en la señal registrada por el Equipo.
Esto implica que la densidad obtenida por el Densímetro No Nuclear no es un
valor absoluto, por lo tanto debe corregirse por un valor de referencia (Testigo
de Asfalto).
Equipamiento Densímetro No Nuclear
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
Batery
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 los
datos de entrada, configurando fecha, hora, GPS, unidad de
medida, modo de lectura e información del operador.
Operación
Detalles del Proyecto como Contrato, Ruta, Localización y
Contacto.
Operación
Detalles de la mezcla, así como Densidad Marshall, Espesor de
la Capa, Tamaño del árido de la Mezcla y Offset.
Operación
Registro de datos tales como:
Cambio de Unidad de medición.
Operación
Cambio de Modo de Lectura.
Modo de Lecturas
Average o Promedio
Esta lectura consiste en un formato de hoja
de trébol (cinco lecturas). En la pantalla se
resalta el número de lectura, así como la
posición del equipo. Después de la quinta
lectura el equipo mostrará el resumen de las
cinco lecturas individuales y el promedio
de la compactación, densidad y
temperatura. Fuente: “Manual Operador PQI 380”
Single o Individual
Esta modalidad solo es capaz de almacenar una
medida a la vez, la cual puede ser rechazada,
aceptada o registrada y almacenada en ese
punto en la memoria del equipo.
Continuous o Continua
En esta medición los datos no se almacenan, al
comenzar a medir en el método continuo este
mostrará continuamente los valores, y para
actualizar la compactación, densidad y
temperatura, 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 equipo
convenientemente las variaciones de densidad que
resulta de la medición en diferentes puntos de un
camino o tramo de él. Una vez realizada las
mediciones el equipo entregará un porcentaje de
compactación, densidad y temperatura para las
lecturas más baja, alta y media.
Modo de Lecturas
Calibración Básica: “Proceso de Estandarización”
Una vez encendido el equipo Densímetro No Nuclear, se debe realizar una
prueba de estandarización, la cual se efectúa en el interior de la funda de
transporte sobre una placa de acero situada en la parte inferior de la caja. Este
procedimiento, se debe hacer lejos de objetos metálicos o antenas de gran tamaño
que puedan inferir en su resultado.
Calibración Básica: “Proceso de Estandarización”
Calibración
Calibración Central
Este método de control contempla un mínimo de cinco puntos de
prueba debidamente identificados sobre el pavimento de asfalto.
Se debe situar el Densímetro No Nuclear sobre el pavimento de
asfalto, 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 Central
Ya medidos los cincos puntos de prueba se debe extraer un testigo
(Se recomienda utilizar el promedio de 7 testigos), el cual se
determina su densidad en Laboratorio.
Se calcula el valor de Compensación o desplazamiento (Factor de
corrección Offset), que es la diferencia de la media de las
densidades obtenidas con el Densímetro No Nuclear con los
testigos.
Este valor Offset (compensación o desplazamiento), se debe
calcular para cada tipo de mezcla o contrato específico, el cual debe
realizarse antes de comenzar las faenas de pavimentación.
Ventajas y Limitaciones
No necesita licencia especial de operación y permisos para materiales
radioactivos.
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 mediciones
Los procesos de medición y control usados para determinación de densidades in
situ con los diferentes equipos (Densímetro No Nuclear y Densímetro Nuclear),
y la contrastación de ambos con los testigos, en los distintos caminos
pavimentados con mezcla asfáltica.
Procedimiento
Mediciones 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 los
mismos lugares ya demarcados, solo con el Densímetro No Nuclear y aplicando
el factor de corrección (OFFSET)
Fuente: Capturada en Terreno
Análisis Estadístico
Cualquier tipo de proceso requiere dentro de una organización un sistema de
medición apropiado que permita medir la calidad de las características de los
productos que se fabrican.
El estudio de repetibilidad y reproducibilidad (r&R) permite calcular la
variabilidad dentro de cualquier tipo de proceso y determinar si esta variación
es aceptable o no.
Existen varios métodos para realizar el estudio r&R, pero el método ANOVA
es el más exacto para calcular la variabilidad dentro de un proceso.
Repetibilidad
Esta variación se presenta cuando el mismo instrumento es utilizado por una
persona al medir repetidas veces la misma parte, es decir, es la variación de las
lecturas individuales que se han repetido con el mismo instrumento y la misma
persona.
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 el
mismo instrumento.
Homologación El procedimiento de análisis consistió en determinar las densidades mediante
los tres procedimientos en estudio para su comparación.
Los resultados del equipo Densímetro No Nuclear se corrigieron con un
Offset para cada proyecto, determinado como la diferencia entre el promedio
de las densidades de los testigos medidos en laboratorios con el promedio de
las densidades medidas con el equipo no nuclear.
Aplicación de Offset
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
Aplicación de Offset
Fuente: “Manual Operador PQI 380”
Resultados
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 caminos
propuestos:
Contrato Conservación Periódica Camino Champa – Rangue I
Rol G – 546
Sector Km. 0,2 al Km 15,0
Provincia Maipo
Región Metropolitana
D. 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 denominado
Offset para los 13 caminos.
Comprobación de Resultados
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
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, las
conclusiones alcanzadas son las siguientes:
Como medidor de densidad arroja valores más cercanos a la
densidad de los testigos que el Densímetro Nuclear.
Posee la ventaja que no trabaja con fuentes radioactivas, por
lo tanto no necesita protocolos, reglamentos y permisos,
además no produce daños en la salud del operador ni tampoco
al entorno.
El único método exacto para obtener la densidad absoluta de
un pavimento es mediante los testigos, por lo tanto siempre se
debe obtener el factor de corrección Offset para medir las
densidades con el Equipo No Nuclear.
CONCLUSIONES
Los resultados como ya se indico son concluyentes en
establecer la viabilidad del uso del Densímetro No Nuclear,
por lo tanto, se demuestra que el Equipo puede ser
homologado.
En definitiva, el Densímetro No Nuclear, es un instrumento
que a base de tecnología avanzada determina las densidades in
situ sobre la colocación de un pavimento de mezcla asfáltica
en caliente, de manera segura y sin ningún riesgo de radiación
que perjudique la salud del operador y medio ambiente.
GRACIAS.