LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD DENSÍMETRO NO NUCLEAR Rodrigo Uribe Olivares Jefe Área de Asfalto 08 Marzo 2016 Introducción: 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. 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 Batery Fuente: “Manual Operador PQI 380” 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 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. 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” Modo de Lecturas 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. 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 Ventajas 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. 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. Fuente: Capturada en Terreno 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) 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 Cabe señalar que todos los caminos analizados son proyectos ya ejecutados. 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. A continuación se muestran los resultados obtenidos en uno de los caminos propuestos: Conservación Periódica Camino Champa – Rangue I G – 546 Km. 0,2 al Km 15,0 Maipo Metropolitana 2361 (kg/m³) 50 mm Contrato Rol Sector Provincia Región D. Marshall Espesor Densidades Camino Champa – Rangue I Testigo Km Pista 0,358 2,371 4,21 7,521 9,873 12,256 13,968 14,616 0,954 3,114 5,356 8,915 10,99 13,301 14,904 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 ρProm [kg/m³] 2347 2322 2337 2335 2355 2296 2404 2456 2285 2356 2379 2300 2300 2338 2375 Densímetro Nuclear [%] ρProm Comp. [kg/m³] 99% 2124 98% 2129 99% 2135 99% 2106 100% 2121 97% 2030 102% 2086 104% 2246 97% 2028 100% 2125 101% 2147 97% 2081 97% 2127 99% 2131 101% 2143 Δρ 223 193 202 229 234 266 318 210 257 231 232 219 173 207 232 [%] Comp. 90% 90% 90% 89% 90% 86% 88% 95% 86% 90% 91% 88% 90% 90% 91% Densímetro No Nuclear Δ[%] 9% 8% 9% 10% 10% 11% 13% 9% 11% 10% 10% 9% 7% 9% 10% Fuente: Elaboración Propia ρProm [kg/m³] 2180 2199 2164 2191 2201 2151 2163 2271 2143 2176 2153 2162 2145 2174 2164 Δρ 167 123 173 144 154 145 241 185 142 180 226 138 155 164 211 [%] Comp. 92% 93% 92% 93% 93% 91% 92% 96% 91% 92% 91% 92% 91% 92% 92% Δ[%] 7% 5% 7% 6% 7% 6% 10% 8% 6% 8% 10% 6% 7% 7% 9% 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) Análisis de Datos Camino Champa – Rangue I Fuente: Elaboración Propia Gráfico Densidades Camino Champa – Rangue I (Pista Uno) Fuente: Elaboración Propia Gráfico Compactación Camino Champa – Rangue I (Pista Uno) Fuente: Elaboración Propia Comprobación de Resultados En el capitulo anterior se determinaron los factores de corrección denominado Offset para los 13 caminos. Densidades Camino Champa – Rangue I aplicando factor de corrección = 170 (kg/m³) Km Pista 0,358 2,371 4,21 7,521 9,873 12,256 13,968 14,616 0,954 3,114 5,356 8,915 10,99 13,301 14,904 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 Testigo ρProm % (kg/m³) Comp. 2347 99% 2322 98% 2337 99% 2335 99% 2355 100% 2296 97% 2404 102% 2456 104% 2285 97% 2356 100% 2379 101% 2300 97% 2300 97% 2338 99% 2375 101% Densímetro No Nuclear ρProm Δρ % Δ% [kg/m³] Comp. 2362 -15 100% -1% 2377 -55 101% -2% 2357 -20 100% -1% 2320 15 98% 1% 2373 -18 101% -1% 2338 -42 99% -2% 2349 55 99% 2% 2401 55 102% 2% 2369 -84 100% -4% 2375 -19 101% -1% 2338 41 99% 2% 2342 -42 99% -2% 2303 -3 98% 0% 2355 -17 100% -1% 2349 26 99% 1% Fuente: Elaboración Propia 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 Análisis de Datos ρPromedio [kg/m³] Desviación Estándar Varianza de la Muestra Rango Mínimo Máximo Nivel de Confianza [95%] Coeficiente de Variación [%] Testigo DNN 2346 45,4 2062 171 2285 2456 25,1 2354 24,4 593 98 2303 2401 13,5 1,9 1,0 Fuente: Elaboración Propia 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.