Densímetro No Nuclear.

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.