Nos guste o no, la automatización está cada vez más presente en nuestro día a día. Cada vez que pasamos por un peaje en la autopista, subimos a un autobús o a un tren, repostamos o recibimos un recordatorio por correo electrónico, se está produciendo algún tipo de automatización en segundo plano. Y todo está diseñado para facilitarnos la vida de alguna manera.
Parece inevitable que este viaje hacia la automatización y la aplicación asociada del Internet de los objetos (IoT) se acelere. La actual crisis de Covid-19 ha reforzado esta tendencia y, si acaso, ha agilizado la necesidad de automatización en ciertos ámbitos de nuestras vidas.
Pero, ¿tiene miedo de la automatización el sector de los ensayos de materiales? Sí, creemos que sí.
En muchos casos, los laboratorios de materiales de construcción se han resistido a automatizar sus procesos de ensayo debido a la percepción de que los equipos de ensayo son más caros. Además, existe el temor añadido a abandonar las metodologías y procesos de prueba tradicionales, «probados y fiables», a los que estamos acostumbrados.
Es una pena, porque hay muchas actividades dentro de un laboratorio de materiales de construcción que requieren la intervención de un operario especializado. Muchos procesos pueden beneficiarse de las ventajas de la automatización de las pruebas que, en la mayoría de los casos, compensarían la diferencia en la mayor inversión de capital inicial del equipo de pruebas
Veamos algunas de estas ventajas con un poco más de detalle:
Mejor uso de su personal cualificado: La automatización permite que muchas tareas las realice un operario menos cualificado, liberando así el tiempo de sus ingenieros o técnicos experimentados para que se dediquen a actividades de mayor valor.
Mayor rendimiento y eficacia: Al ser necesarias menos intervenciones manuales, como la introducción de datos y los ajustes de válvulas, se reduce enormemente el número de posibles errores que pueden derivarse de una mala comunicación entre varios operarios. Esto también reduce la posibilidad de errores humanos.
Resultados coherentes y repetibles: Los procesos automatizados mejorarán inevitablemente la coherencia y precisión de los resultados, la repetibilidad y la integridad general de los datos.
Promueve el distanciamiento social para mantener la seguridad: La automatización significa que se necesitan menos operarios para realizar una prueba, y las operaciones manuales, como el ajuste de válvulas o la supervisión del control de carga, prácticamente desaparecen. De este modo, resulta mucho más fácil para un responsable de laboratorio aplicar normas de distancia social seguras, dado el clima actual al que todos nos estamos acostumbrando.
¿Cuál es la situación de la automatización de la preparación de muestras?
Los laboratorios de ensayos de materiales de construcción que compactan manualmente las probetas para los ensayos Proctor o Marshall son difíciles de encontrar hoy en día. Es mucho más habitual utilizar compactadores automáticos o compactadores giratorios que, además de mejorar la propia compactación y la repetibilidad en la preparación de las muestras, no sólo liberan a los operarios de realizar tareas tediosas y lentas, sino que también ayudan a evitar posibles daños relacionados con la compactación manual. Sin embargo, mientras que la aplicación de la automatización a estos procesos de preparación de muestras se ha generalizado, su implantación es menor en los sistemas de ensayo y medición, donde los sistemas semiautomáticos o incluso manuales siguen acaparando el protagonismo. Si nos fijamos en los principales materiales de construcción que se suelen ensayar en los laboratorios, vemos que su aplicación es un tanto azarosa.
Las aplicaciones de la automatización en la mecánica del suelo aún tienen mucho camino por recorrer…
Basándonos en nuestra experiencia de haber visitado innumerables laboratorios de mecánica de suelos, aún me sorprende pensar que pruebas tan antiguas como las de mecánica de suelos (consolidación, cizalladura, suelo triaxial), que requieren una recopilación de datos y un seguimiento continuos, aún no estén totalmente automatizadas en la mayoría de los laboratorios.
La pérdida y/o incoherencia de los datos en estas pruebas obliga a realizarlas varias veces, con la consiguiente pérdida de tiempo: horas para la preparación de las muestras; días y, en algunos casos, semanas para las pruebas propiamente dichas. Aunque en general se han adoptado sistemas automáticos de recogida de datos (mediante registradores de datos), en muchos casos el proceso de ensayo sigue siendo manual o semiautomático. Los operarios tienen que interactuar a través de las distintas fases de la prueba (saturación, consolidación, fallo) abriendo y cerrando las válvulas manualmente. Esta intervención genera numerosas y variadas interacciones en las que pueden deslizarse errores que comprometan la exactitud de los resultados.
La implementación de sistemas automatizados como el Edómetro Automático Computerizado (ACE EmS), la Máquina Automática de Ensayo de Corte (Shearmatic EmS) o el Sistema Automático de Ensayos Triaxiales (Autotriax EmS) supone un gran beneficio no solo para laboratorios avanzados, universidades o entidades de investigación, sino también para contratistas o laboratorios comerciales.
¿Y la automatización de los ensayos de hormigón, cemento y otros materiales de albañilería?
Se trata sin duda de los materiales de construcción más probados en la actualidad. A excepción de los ensayos especiales o avanzados, como el módulo de elasticidad (MOE) y los ensayos controlados por desplazamiento (hormigón reforzado con fibras o Shotcrete), los ensayos estándar habituales de compresión y flexión son rápidos. Y en muchos laboratorios se analizan cientos de muestras al día.
Adhering to International Standards
As with other brittle materials, concrete displays a different behavior under high rates of loading than under a slow or static loading rate. En particular, la resistencia aumenta a medida que aumenta la velocidad de carga. Esto está relacionado principalmente con el mecanismo de fluencia que permite el aumento de la deformación con el tiempo y la aparición de microfisuras.
Por esta razón, las principales normas internacionales exigen aplicar una tasa de carga específica hasta el fallo de la probeta dentro de una tolerancia estricta.
Las máquinas automáticas aplican el índice de carga estrictamente de acuerdo con los requisitos de las normas, lo que permite una medición precisa y fiable de la resistencia del hormigón, sin afecciones debidas a la intervención del operario.
Además, se puede trazar el gráfico tensión-tiempo y calcular la tasa de carga media aplicada durante la prueba en el momento del fallo, demostrando así que la prueba se ha realizado de acuerdo con las especificaciones de la norma.
De este modo, no sólo se mejora la fiabilidad de los resultados (aplicación de la velocidad de carga correcta), sino también la integridad de los datos (importación directa de las dimensiones y el peso de las muestras mediante dispositivos de medición conectados a la máquina) y la trazabilidad (integración con LIMS, identificación de las muestras mediante códigos de barras, etc.). Todo ello tiene un enorme valor para un laboratorio, su personal y sus clientes.
Además, hoy en día la investigación y la aplicación de equipos electrónicos e hidráulicos modernos han permitido el desarrollo de máquinas automáticas para ensayos de compresión y flexión en hormigón, cemento, mortero y otros materiales de albañilería, conformes tanto con las normas EN como con las normas ASTM y AASHTO, a precios similares a los de los sistemas semiautomáticos tradicionales.
La automatización también desempeña un papel importante en la realización de métodos de ensayo avanzados. Históricamente, estas pruebas se realizaban sobre todo en universidades o laboratorios de investigación. Pero hoy en día son cada vez más populares.
El uso de una máquina de compresión automática es útil porque la máquina realiza estas pruebas críticas sin intervención humana. Ya no es necesario contar con un técnico experto y altamente cualificado para realizar estas pruebas y calcular los resultados finales. Con la automatización, el programa informático puede calcularlos de acuerdo con las principales normas internacionales.
Mientras tanto, las pruebas automáticas de asfalto avanzan a buen ritmo…
En los laboratorios de asfalto, el proceso de adopción de sistemas totalmente automatizados ha sido bastante popular en los últimos años, pero por diferentes motivos.
Varios estudios han puesto de manifiesto una falta crítica de repetibilidad en las pruebas tradicionales, tanto para el ligante como para la mezcla asfáltica. Esto llevó a la creación de métodos basados en el rendimiento -como SuperPaveTM- que dependen en gran medida de la automatización para ser eficientes y fiables.
Por ejemplo, en la clasificación del rendimiento de los aglutinantes, pruebas como la penetración y los puntos de reblandecimiento, que siguen siendo populares como pruebas manuales, han sido sustituidas por pruebas totalmente automatizadas como el recipiente de envejecimiento a presión, el reómetro de cizallamiento dinámico y el reómetro de viga de flexión.
Lo mismo se aplica a las pruebas de rendimiento de las mezclas asfálticas. Con un sistema de pruebas totalmente automatizado -como los rastreadores de ruedas Hamburge de última generación o el Comprobador de Rendimiento de Mezclas Asfálticas (AMPT Pro ) para pruebas dinámicas- la posibilidad de ajustar automáticamente los parámetros de prueba a una resolución de datos superior a la de los modelos manuales, hace que los resultados sean repetibles y asequibles.
¿Qué significa esto para las pruebas de asfalto? En primer lugar, la automatización agiliza las operaciones de un laboratorio. Tomemos como ejemplo el rastreador de ruedas DWT Hamburg de IPC Global. Permite programar el precalentamiento tanto del agua como del aire, de modo que, cuando la muestra está acondicionada, el ensayo comienza automáticamente.
Esto tiene dos grandes ventajas:
- La máquina no tiene que trabajar tanto y requiere menos mantenimiento a largo plazo.
- Elimina el tiempo de inactividad normalmente asociado al acondicionamiento de la mezcla asfáltica, liberando al operario para realizar otras tareas más importantes.
En segundo lugar, la automatización hace que la extracción de ligantes sea más rápida y eficaz. Los métodos tradicionales de extracción con disolventes se basan en un proceso manual. Esto significa que las pruebas tardan en completarse y crean situaciones peligrosas, debido a la toxicidad de los disolventes clorados utilizados en esta operación.
La popularidad de los sistemas de circuito cerrado totalmente automatizados, como el Extractor Automático de Circuito Cerrado para Mezclas Asfálticas en Caliente (PAVELAB50 PRO o PaveAnalyzer), no solo mejora la calidad de los resultados del contenido de ligante, sino que también resuelve un problema crítico de seguridad y medioambiente al que se enfrentan los laboratorios.
El sistema totalmente sellado evita las emisiones de vapores de disolvente en el laboratorio (y el uso de campanas y sistemas de protección de los operarios), al tiempo que permite reciclar casi el 100% del disolvente utilizado, con evidentes ventajas económicas y medioambientales.
Conclusión
Hay pocas dudas sobre la conveniencia de implantar estos sistemas en una industria basada en el control y la precisión de las mediciones que servirán de base para la construcción de las estructuras que afectan a tantas personas.
En resumen, la automatización de los ensayos de materiales de construcción puede tener un enorme impacto en las operaciones de su laboratorio. Desde el punto de vista humano, nos libera de pruebas tediosas y lentas. Desde un punto de vista técnico, cualquiera puede ser un técnico experto en pruebas, ya que los resultados son fiables y precisos. Y, por último, el nivel de interacción entre los operadores está disminuyendo, lo que ayuda a todos a mantenerse a salvo en este nuevo mundo en el que vivimos.
