6.análisis y discución de...

Análisis y Discusión de Resultados

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VI. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 6. Evaluación de las emulsiones. Se produjeron un total de 10 emulsiones divididas en 4 etapas de evaluación, las cuales fueron las necesarias para encontrar la formulación que tuviera las propiedades necesarias para su posterior aplicación, además de cumplir con las especificaciones de la SCT (tabla 2). Las diferencias entre cada formulación han sido explicadas en el punto 5.

Tabla 2. Especificaciones de la SCT para una emulsión del tipo ECR-2p

Especificación SCT Propiedad Limite

inferior Limite

superior Viscosidad Saybolt Furol (50°C), ssf 50 200 Retenido en malla No. 20, % -- 0.1 Residuo Asfáltico, % 65 -- Demulsibilidad 0.8% DSS, % 60 -- Asentamiento a 5 días, % -- 3 Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm 30 -- Penetración a 25°C, 100 g/5 seg; 1/10 mm 100 175 Recuperación elástica 10°C, 20 cm / 5 min; % 50 -- Recuperación torsional 25°C, % 30 --

6.1 Primera etapa.

En esta primera etapa se analizaron las emulsiones A, B, C y D. Los resultados obtenidos de esta evaluación se muestran en la tabla 3.

Tabla 3. Resultados para la primera etapa de evaluación

Formulación Propiedad

A B C D

Viscosidad Saybolt Furol (50°C), ssf 132 130 121 107 Retenido en malla No. 20, % 0.02 0.17 0.07 Residuo Asfáltico, % 68.8 67.2 66.9 65.4 Demulsibilidad 0.8% DSS, % 42 39 69 49 Asentamiento a 5 días, % -0.1 0.6 0.3 Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm 45.0 28.1 Penetración a 25°C, 100 g/5 seg; 1/10 mm 136 121 Recuperación elástica 10°C, 20 cm / 5 min; % 67 65 Recuperación torsional 25°C, % 37 56


45

El primer punto que se evaluó fue la aportación del polímero, para ello se corrió la prueba de ductilidad de la base asfáltica de las emulsiones A y B. De esta evaluación se obtuvo que la emulsión A si cumple con la especificación de la SCT, mientras que la B no cumple dicha especificación, en la gráfica 1 se muestran los resultados de esta prueba.

Gráfica 1. Resultados de la prueba de ductilidad para las emulsiones A y B

Ductilidades de las emulsiones A y B

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

A BFormulación

Duc

tilid

ad 4

°C, 5

cm/m

in; c

m Límitemínimo

Posteriormente se evaluó la aportación del emulsificante a la viscosidad y demulsibilidad principalmente, esta comparativa se efectuó con el análisis de las emulsiones B, C y D. Fue necesario ajustar la viscosidad de las emulsiones para que quedaran dentro de la especificación y posteriormente se realizó la prueba de demulsibilidad. Con los resultados arrojados por esta prueba, se puede observar que sólo la emulsión C pasa la especificación, sin embargo aún se considera un índice de demulsibilidad bajo ya que se busca un porcentaje superior al 80% (aún mayor que la especificación de la SCT), debido a que su aplicación en un clima frío retardaría el rompimiento si este es inferior, este comportamiento se puede observar en la gráfica 2.


46

Gráfica 2. Resultados de la prueba de demulsibilidad para las emulsiones B, C y D

Demulsibilidades de las formulaciones B, C y D

0

10

20

30

40

50

60

70

80

B C DFormulación

Dem

ulsi

bilid

ad 0

.8%

DSS

(%)

Límitemínimo

Estas fueron las principales variables a analizar en esta primera etapa. En cuanto al resto de las propiedades de las emulsiones se tiene que la viscosidad de cada emulsión si se encuentra dentro de la especificación de la SCT, puesto que como ya se mencionó se ajustaron con este propósito, la gráfica 3 muestra los valores de viscosidad para cada una de las emulsiones.

Gráfica 3. Resultados de la prueba de viscosidad para las emulsiones A, B, C y D

Viscosidades de las formulaciones A, B, C y D

0

25

50

75

100

125

150

175

200

A B C DFormulación

Visc

osid

ad S

aybo

lt Fu

rol (

50°C

), ss

f

Límitemínimo

Límitemáximo

El porcentaje de residuo asfáltico mínimo especificado por la SCT es de 65% para una emulsión del tipo ECR-2p, en base a este valor se puede observar que


47

todas las emulsiones caracterizadas en esta primera etapa cumplen con esta especificación, esto se muestra en la gráfica 4.

Gráfica 4. Resultados del porcentaje de residuo asfáltico de las emulsiones A, B, C y D

Resíduo asfáltico de las formulaciones A, B, C y D

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

A B C DFormulación

Res

iduo

Asf

áltic

o, %

Límitemínimo

Como ya se mencionó, en las emulsiones A y B el objetivo fue analizar la aportación de la cantidad de polímero. La presencia de polímero favorece las propiedades elásticas del cemento asfáltico, por este motivo la caracterización completa del residuo asfáltico se realizó a las emulsiones A y B. De dicha caracterización se obtuvieron los resultados indicados en la gráfica 5.

Gráfica 5. Caracterización del residuo asfáltico de las emulsiones A y B


48

Ya se habló de la ductilidad de ambas emulsiones, con respecto al resto de las pruebas (penetración, recuperación elástica y recuperación torsional), puede observarse que ambas cumplen con la especificación de la SCT. En base a estos resultados, principalmente a la prueba de ductilidad se optó por mantener la concentración de polímero presente en la emulsión A, en la etapa posterior para garantizar el cumplimiento de todas las especificaciones con respecto al residuo asfaltico. Además de la demulsibilidad y viscosidad de las emulsiones B, C y D, se determinaron las pruebas de retenido en malla y el porcentaje de asentamiento. Ya se analizaron las 2 primeras, y en cuanto a las otras 2 se observa que en ninguno de los 3 casos se excedió el valor máximo de asentamiento indicado por la SCT. Inclusive en la emulsión B se obtuvo un valor negativo, lo cual podría deberse a que algunas partículas de asfalto en lugar de precipitarse se fueron hacia la parte superior debido a que se revirtieron las densidades del asfalto y del agua, es decir que la adición de aditivos, al ser más ligeros que el asfalto, provocaron que el asfalto se volviera menos denso que el agua; o bien por la adición del polímero en la solución jabonosa provocó un aumento de la densidad del agua. Estos resultados se muestran en la gráfica 6.

Gráfica 6. Porcentaje de asentamiento de las emulsiones B, C y D

Asentamiento de las formulaciones B, C y D

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

B C D

Formulación

Ase

ntam

ient

o a

5 dí

as, %

Límitemínimo

Respecto al porcentaje de emulsión retenido en la malla, se observa que las emulsiones B y D no exceden la especificación, mientras que la C sí supera el valor máximo permitido. La justificación de este resultado está en que en el


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momento de correr la prueba, la emulsión rompió con rapidez lo que provocó que se aglomerara en la malla una cantidad considerable de emulsión semi-rota y en el momento de enjuagarla no se pudiera retirar completamente dicha emulsión. Aunado a esto, se debe tomar en cuenta que la prueba de retenido en malla sirve para detectar y cuantificar las partículas de asfalto que no tuvieron una apropiada molienda en el proceso de emulsificación; en el caso de la emulsión C la malla contenía emulsión rota, mas no partículas de asfalto retenidas. La gráfica de estos resultados se indican en la gráfica 7.

Gráfica 7. Porcentaje de retenido en malla de las emulsiones B, C y D

Retenido en malla de las formulaciones B, C y D

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

B C DFormulación

Ret

enid

o en

mal

la N

o. 2

0, %

Límitemínimo

De la evaluación realizada a las emulsiones B, C y D, se determinó el emulsificante a evaluar en la siguiente etapa; el cual fue el empleado en la producción de la emulsión C. Sin embargo se disminuyó un 0.04% su concentración para favorecer el rápido rompimiento de la emulsión que es lo que se busca para poder ser aplicada en zonas de bajas temperaturas.

6.2 Segunda etapa. La concentración de polímero al igual que el emulsificante a emplear en las emulsiones caracterizadas en esta segunda etapa se tomaron de los resultados de la primera evaluación. Las características generales de la composición de las emulsiones evaluadas en esta etapa ya se han mencionado en la sección de metodología experimental.


50

En esta evaluación las variables críticas fueron la demulsibilidad de la emulsión y la ductilidad del residuo asfáltico, debido a esto fueron las primeras en determinar y si cumplían con la especificación de la SCT, entonces se efectuaría la caracterización completa de dichas emulsiones. La tabla 4, muestra los resultados de la caracterización de las emulsiones E, F, G y H.

Tabla 4. Resultados para la segunda etapa de evaluación


E F G H

Viscosidad Saybolt Furol (50°C), ssf 98 108 105 114 Retenido en malla No. 20, % 0.08 Residuo Asfáltico, % 67.3 66.9 67.0 63.9 Demulsibilidad 0.8% DSS, % 53 87 49 40 Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm 47.0 56.0 64.5 52.6 Penetración a 25°C, 100 g/5 seg; 1/10 mm 115 Recuperación elástica 10°C, 20 cm / 5 min; % 60 Recuperación torsional 25°C, % 60

Al igual que en la primera etapa, la viscosidad de estas emulsiones fue ajustada en el rango deseado. De dicho ajuste se obtuvieron los valores de viscosidad indicados en la tabla 3, así como en la gráfica 8.

Gráfica 8. Viscosidad de las emulsiones E, F, G y H

Viscosidades de las formulaciones E, F, G y H

0

50

100

150

200

E F G HFormulación

Visc

osid

ad S

aybo

lt Fu

rol (

50°C

), ss

f

Límitemínimo

Límitemáximo


51

En la gráfica anterior se puede observar que las 4 emulsiones se encuentran dentro de la especificación. Respecto al porcentaje de demulsibilidad, se observa que la emulsión F es la única que cumple con las especificaciones de la SCT y la de la empresa. Como ya se mencionó, en dicha emulsión se utilizó el mismo emulsificante que en la emulsión C, sólo que en un menor porcentaje. En la primera etapa de evaluación, la emulsión C sólo cumplió con la especificación de la SCT respecto esta prueba, por lo que era de esperarse que al disminuir la concentración de agente emulsivo se mantendría el cumplimiento de la especificación y además de esto incrementar el porcentaje de demulsificación para superar el porcentaje requerido por SemMaterials México. Esto puede comprobarse en la gráfica 9.

Gráfica 9. Demulsibilidad de las emulsiones E, F, G y H

Demulsibilidades de las formulaciones E, F, G y H

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

E F G HFormulación

Dem

ulsi

bilid

ad 0

.8%

DSS

(%)

Límitemínimo

De manera adicional, se observa que las emulsiones E, G y H, no cumplen con la especificación. La otra variable crítica a evaluar es la ductilidad de las emulsiones, los resultados obtenidos de las 4 emulsiones para esta propiedad si cumplen con la especificación indicada por la SCT. Esto puede observarse claramente en la gráfica 10.


52

Gráfica 10. Ductilidad de las emulsiones E, F, G y H

Ductilidades en las formulaciones E, F, G y H

0

10

20

30

40

50

60

70

E F G HFormulación

Duc

tilid

ad, 5

cm/m

in, c

m

Límitemínimo

El residuo asfáltico de las emulsiones E, F y G, se encuentra dentro de la especificación, mientras que la emulsión H no cumple con esta propiedad. Esto puede observarse en la gráfica 11.

Gráfica 11. Residuo asfáltico de las emulsiones E, F, G y H

Resíduo asfáltico de las formulaciones E, F, G y H

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

E F G HFormulación

Res

iduo

Asf

áltic

o, %

Límitemínimo

Debido a que la emulsión F fue la única que cumplió las especificaciones de las 2 variables críticas ya mencionadas, fue a la que se le realizó la caracterización completa


53

De la aplicación efectuada en campo de estas 4 emulsiones se observó que la emulsión G proporcionó mayor adherencia a la carpeta asfáltica. Debido a esto se dio origen a una tercera etapa de evaluación en donde la propuesta fue mantener la base asfáltica de la emulsión G, por la adherencia observada en campo y el valor de ductilidad obtenido; pero integrándola con la solución jabonosa de la emulsión F que fue la que tuvo el mayor porcentaje de demulsibilidad. La gráfica 12 muestra esta nueva propuesta, donde los círculos indican las características mencionadas en este párrafo.

Gráfica 12. Propuesta para la tercera etapa de evaluación

Demulsibilidad y Ductilidad de las emulsiones E, F G y H

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

E F G H

Formulación

Dem

ulsi

bilid

ad 0

.8%

DSS

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

Duc

tilid

ad 5

cm/m

in, (

cm)

Demulsibilidad 0.8% DSS, % Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm

Es importante mencionar que para la base asfáltica de la emulsión G se hizo una curva de penetración para encontrar la proporción de aditivos necesaria para dar origen a una base asfáltica con las características deseadas. La penetración alcanzada de la base asfáltica de la emulsión se ve disminuida en todos los casos por la adición del polímero en la solución jabonosa.

6.3 Tercera etapa. Como ya se mencionó, la tercera evaluación se realizó a las emulsiones I y J; donde la emulsión J fue una reformulación integrando la base asfáltica de la emulsión G y la solución jabonosa de la emulsión F. La emulsión I tiene la misma formulación que la emulsión G. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 5.


54

Tabla 5. Resultados para la tercera etapa de evaluación


I J

Viscosidad Saybolt Furol (50°C), ssf 126 117 Retenido en malla No. 20, % 0.01 0.02 Residuo Asfáltico, % 67.7 67.5 Demulsibilidad 0.8% DSS, % 61 90 Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm 88.9 84.5 Penetración a 25°C, 100 g/5 seg; 1/10 mm 312 345 Recuperación elástica 10°C, 20 cm / 5 min; % Recuperación torsional 25°C, %

En la tabla de resultados se puede observar que la viscosidad de las emulsiones I y J, se encuentra dentro de la especificación, la gráfica 13 muestra este comportamiento.

Gráfica 13. Viscosidad de las emulsiones I y J

Viscosidades de las formulaciones I y J

0

50

100

150

200

I JFormulación

Visc

osid

ad S

aybo

lt Fu

rol (

50°C

), ss

f

Límitemínimo

Límitemáximo

Las variables críticas siguen siendo la demulsibilidad de la emulsión y la ductilidad del residuo asfáltico. En cuanto a la demulsibilidad, la gráfica 14 muestra que la emulsión I se encuentra en el límite de la especificación de la SCT por lo que no cumple con la deseada por SemMaterials México, mientras que la emulsión J si se encuentra arriba del porcentaje buscado.


55

Gráfica 14. Demulsibilidad de las emulsiones I y J

Demulsibilidades de las formulaciones I y J

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

I J

Formulación

Dem

ulsi

bilid

ad 0

.8%

DSS

(%)

Límitemínimo

El porcentaje de retenido en malla de las emulsiones I y J se encuentran por debajo del límite máximo indicado por la SCT, es decir que si se cumple con esta especificación dichos resultados se pueden observar en la gráfica 15.

Gráfica 15. Retenido en malla de las emulsiones I y J

Retenido en malla de las formulaciones I y J

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

I JFormulación

Ret

enid

o en

mal

la N

o. 2

0, %

Límitemáximo

El porcentaje mínimo de residuo asfáltico indicado por la SCT es 65 %, por lo que dicha especificación de las dos emulsiones (I y J) es satisfecho. Esto se indica en la gráfica 16.


56

Gráfica 16. Residuo asfáltico de las emulsiones I y J

Resíduo asfáltico de las formulaciones I y J

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

I JFormulación

Res

iduo

Asf

áltic

o, % Límite

mínimo

Como ya se mencionó la ductilidad es la segunda variable crítica en la caracterización de las emulsiones. En esta tercera evaluación se encontró que las emulsiones I y J sobrepasaban la especificación de la SCT (gráfica 17), pero como esta propiedad es variable codependiente de la penetración, había que analizar esta otra propiedad para verificar si el asfalto estaba dentro de la especificación con respecto a la penetración. Esto se explicará mas adelante.

Gráfica 17. Ductilidad de las emulsiones I y J

Ductilidades en las formulaciones I y J

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

I JFormulación

Duc

tilid

ad, 5

cm/m

in, c

m

Límitemínimo


57

Al efectuar la prueba de penetración a la base asfáltica de las emulsiones se observó se encontraban fuera de especificación ya que excedía el límite superior, es decir que la base asfáltica era muy blanda y en la aplicación en campo correría el riesgo de exudarse. La representación gráfica se muestra en la siguiente figura.

Gráfica 18. Penetración de las emulsiones I y J

Penetraciones de las formulaciones I y J

0

50

100

150

200

250

300

350

I JFormulación

Pene

trac

ión

a 25

°C, 1

00 g

/5 s

eg; 1

/10

mm

Límitemínimo

Límitemáximo

Debido al resultado de la penetración no se terminó la caracterización completa, ya que al tener tan elevado valor de penetración la base asfáltica de la emulsión no tendría utilidad en campo.

6.4 Cuarta etapa. En base a los resultados obtenidos en la evaluación anterior, se revisó cuidadosamente la formulación de las emulsiones I y J encontrando que la verdadera razón por la cual el asfalto fue muy blando fue porque los aditivos de la base asfáltica se encontraban en exceso. Por este motivo fue necesario realizar nuevamente la curva de penetración para dicha base y se produjeron las emulsiones K y L. Como ya se mencionó estas emulsiones tienen la misma base asfáltica difiriendo en la solución jabonosa empleada, los resultados obtenidos para esta última etapa de evaluación se indican en la tabla 6.


58

Tabla 6. Resultados para la cuarta etapa de evaluación


K L

Viscosidad Saybolt Furol (50°C), ssf 90 106 Retenido en malla No. 20, % 0.07 0.03 Residuo Asfáltico, % 66.1 66.3 Demulsibilidad 0.8% DSS, % 95 66 Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm 34.7 44.7 Penetración a 25°C, 100 g/5 seg; 1/10 mm 144 157 Recuperación elástica 10°C, 20 cm / 5 min; % 64 67 Recuperación torsional 25°C, % 57 58

Después del ajuste en viscosidad realizado a las emulsiones K y L, esta propiedad tiene valores dentro de los límites permitidos por la SCT, la gráfica 19 representa esta afirmación.

Gráfica 19. Viscosidad de las emulsiones K y L

Viscosidades de las formulaciones K y L

0

50

100

150

200

K LFormulación

Visc

osid

ad S

aybo

lt Fu

rol (

50°C

), ss

f

Límitemínimo

Límitemáximo

El porcentaje de retenido en malla en ambas emulsiones (K y L), se encuentra por debajo del límite máximo establecido por la SCT; por lo que en la gráfica 20 puede observarse que respecto a esta propiedad las emulsiones K y L cumplen con la especificación.


59

Gráfica 20. Retenido en malla de las emulsiones K y L

Retenido en malla de las formulaciones K y L

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

K LFormulación

Ret

enid

o en

mal

la N

o. 2

0, %

Límitemáximo

De la tabla 1, se sabe que el porcentaje mínimo de residuo asfáltico para una emulsión del tipo ECR-2p es 65%. En la gráfica 21 se muestra que las emulsiones K y L se encuentran por arriba de este límite mínimo, por lo que se encuentran dentro de la especificación.

Gráfica 21. Residuo asfáltico de las emulsiones K y L

Resíduo asfáltico de las formulaciones K y L

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

K LFormulación

Res

iduo

Asf

áltic

o, %

Límitemínimo


60

Respecto a la demulsibilidad, la cual a lo largo del proyecto fue una variable crítica, se observa que la emulsión K tienen un porcentaje de demulsibilidad considerablemente mayor al especificado por la SCT, de manera adicional, también se encuentra un 14% por arriba del valor mínimo esperado por SemMaterials México. Esto puede considerarse como un resultado muy bueno, ya que esta propiedad da idea de la rapidez con que romperá la emulsión en una aplicación en campo. En cuanto al resultado obtenido para la emulsión L, no se considera un buen resultado, puesto que el límite de la SCT lo pasa con apenas un 5.9 % y por lo consiguiente no pasa el porcentaje esperado por la empresa.

Gráfica 22. Demulsibilidad de las emulsiones K y L

Demulsibilidades de las formulaciones K y L

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

K L

Formulación

Dem

ulsi

bilid

ad 0

.8%

DSS

(%)

Límitemínimo

Respecto a las propiedades elásticas de las emulsiones K y L, se puede observar que de manera global se ven mayormente favorecidas en la emulsión L, marcando una mayor diferencia en la ductilidad (gráfica 23). No obstante, las 2 emulsiones se encuentran dentro de las especificaciones establecidas. Con base a los resultados obtenidos, se puede afirmar que la base asfáltica de la emulsión L es más dúctil obteniendo 10 cm de longitud más que la emulsión K; también es más blando comprobado por el resultado de penetración (13 décimas de mm más que en la emulsión K) representado en la gráfica 24.


61

Gráfica 23. Ductilidad de las emulsiones K y L

Ductilidades en las formulaciones K y L

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

K LFormulación

Duc

tilid

ad, 5

cm/m

in, c

m Límitemínimo

Gráfica 24. Penetración de las emulsiones K y L

Penetración de las formulaciones K y L

0

50

100

150

200

K LFormulación

Pene

trac

ión

a 25

°C, 1

00 g

/5 s

eg; 1

/10

mm

Límitemínimo

Límitemáximo

Los resultados obtenidos para la ductilidad y penetración de las emulsiones K y L, puede ponerse en duda ya que ambos tienen la misma base asfáltica. Sin embargo es importante mencionar que el residuo asfáltico con el que se realizaron estas pruebas se obtuvo por evaporación, al ser obtenido de esta manera el calor suministrado no fue constante y no fue el mismo para las dos emulsiones, por lo que las propiedades pudieron ser afectadas. Al no tener un control adecuado del suministro de calor bajo este método, los componentes más ligeros del asfalto pudieron haberse perdido en el residuo de la emulsión K, provocando un asfalto más duro. Por otro lado, las propiedades que aporta el polímero a la base asfáltica, pudieron verse afectadas por el emulsificante empleado. En el caso de la emulsión K, estas propiedades se vieron disminuidas comparado con la emulsión L, cada emulsión se produjo con un diferente agente emulsivo. En la gráfica 25 se observa que la emulsión K tiene menor ductilidad y penetración con respecto a la emulsión L y puede observarse la dependencia entre estas dos propiedades.

Gráfica 25. Penetración vs. Ductilidad de las emulsiones K y L

Penetración vs. Ductilidad de las formulaciones K y L

142

144

146

148

150

152

154

156

158

30 32 34 36 38 40 42 44 46

Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm

Pene

trac

ión

a 25

°C, 1

00 g

/5 s

eg; 1

/10

mm

K L


62

En cuanto a las recuperaciones elástica y torsional; en la primera ambas emulsiones superan la especificación por más del 15%, sin embargo, la emulsión L obtuvo un 2.67% más de recuperación elástica que la emulsión K. Finalmente en la recuperación torsional se vio muy favorecida en ambos casos obteniéndose para ambas cerca del 100% mayor al especificado, con una diferencia entre ambas del 1 % favoreciendo a la emulsión L.

Gráfica 26. Recuperación elástica de las

emulsiones K y L

Recuperación elástica de las formulaciones K y L

40

45

50

55

60

65

70

K LFormulación

Rec

uper

ació

n el

ástic

a 10

°C, 2

0 cm

/ 5

min

; %

Límitemínimo

Gráfica 27. Recuperación torsional de las

emulsiones K y L

Recuperación torsional de las formulaciones K y L

20

25

30

35

40

45

50

55

60

K LFormulación

Rec

uper

ació

n to

rsio

nal 2

5°C

, %

Límitemínimo

Aún cuando las propiedades elásticas fueron más favorables para la emulsión L, no hay que olvidar que el porcentaje de demulsibilidad para esta fue muy bajo, con respecto al mínimo esperado. Bajo el sustento de estos resultados, se concluye que la mejor alternativa es la formulación K, ya que se encuentra dentro de todas las especificaciones.

6.5 Análisis de la capacidad del proceso de las emulsiones. La capacidad del proceso (Cp) es un parámetro que indica si un proceso determinado está cumpliendo con las especificaciones requeridas, es decir que se encuentre bajo control; si el valor del Cp es mayor o igual a 1 quiere decir que el proceso se encuentra bajo control, dicho en otras palabras, esto quiere decir que la dispersión del proceso está dentro de la dispersión de la especificación y mientras el Cp es mayor, el proceso es mejor. Por el contrario si el Cp es menor que 1 quiere decir que la dispersión del proceso es más grande que la dispersión dada por las especificaciones. Realizando ahora un análisis de este parámetro a las emulsiones producidas se tiene que para la viscosidad se tiene una capacidad de proceso mayor que 1,


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esto quiere decir que se encuentra dentro de la especificación y esto puede comprobarse en la gráfica 28, que muestra que ninguna muestra se encuentra fuera de los límites de control y ni los dados por la especificación. Respecto a el retenido en malla, la gráfica de control refleja un Cp lejos de llegar a 1, esto es por la emulsión que tuvo un retenido por arriba del límite máximo indicado por la especificación. En la gráfica 29 se observa que alrededor del 21 % es lo que se encuentra fuera de especificación.

Gráfica 28. Cp de la viscosidad

Viscosidad Saybolt Furol (50°C), ssf

Samples: 12Mean: 112.833Std Dev: 12.89Skewness: -.056665

Cpk: 1.625Cp: 1.939Cpm: 1.381

3sp Lim: ( 74.163, 151.5)

Spec Lim: ( 50, 200)Est % out: ( .0000, .0000)

Mean

+3sp-3spLSL USL

0

1

2

3

40 60 80 100 120 140 160 180 200

Gráfica 29. Cp del retenido en malla

Retenido en malla No. 20, %

Samples: 8Mean: .05835Std Dev: .052533Skewness: 1.2215

Cpk: .2643 3sp Lim: (-.09925, .21595)

Spec Lim: ( , .1)Est % out: ( .0000, 21.394)

Mean

USL+3sp-3sp

0

1

2

3

4

5

-0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2

En la gráfica 30 se muestra que el residuo asfáltico, muestra que con los datos obtenidos para las emulsiones caracterizadas, aproximadamente un 8 % se encuentran por debajo del límite mínimo de especificación, esto a su vez da un valor de Cp menor que 1 aún cuando se encuentra dentro de los límites de control calculados por el software. Algo similar ocurre con la demulsibilidad, ya que las variaciones de esta que ya fueron explicadas con mayor detalle dieron origen a un Cp lejos de llegar a 1, mostrando que alrededor de un 47% de las emulsiones producidas se encuentran fuera de la especificación.


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Gráfica 30. Cp del residuo asfáltico

Residuo asfáltico


Cpk: .4679 3sp Lim: ( 63.028, 70.439)

Spec Lim: ( 65, )Est % out: ( 8.0197, .0000)

Mean

+3sp-3spLSL

0

2

4

6

63 64 65 66 67 68 69 70 71

Gráfica 31. Cp de la demulsibilidad

Demulsibilidad 0.8% DSS, %

Samples: 12Mean: 61.4575Std Dev: 20.041Skewness: .52701

Cpk: .02424 3sp Lim: ( 1.3344, 121.58)

Spec Lim: ( 60, )Est % out: ( 47.101, .0000)

Mean

+3sp-3spLSL

0

1

2

3

0 20 40 60 80 100 120

En cuanto a la ductilidad, la gráfica 32 muestra que de las emulsiones caracterizadas, un 10.69 % se encuentran debajo del límite mínimo permitido, por esta razón, el valor del Cp es menor que 1 ya que detecta que el proceso no se encuentra dentro de especificación. La penetración del residuo de las emulsiones muestra un 17.451 % debajo del límite de especificación inferior y un 56.202 % arriba del límite de especificación superior, este comportamiento genera un valor de Cp de 0.1301, por lo que la dispersión de los datos es mayor al de la especificación.

Gráfica 32. Cp de la ductilidad

Ductilidad 4°C, 5cm/min; cm

Samples: 10Mean: 54.588Std Dev: 19.779Skewness: .59391

Cpk: .4144 3sp Lim: (-4.7487, 113.92)

Spec Lim: ( 30, )Est % out: ( 10.691, .0000)

Mean

+3sp-3spLSL

0

1

2

3

0 20 40 60 80 100 120

Gráfica 33. Cp de la penetración

Penetración 25°C, 100g/5seg; 1/10 mm

Samples: 7Mean: 190Std Dev: 96.104Skewness: .91238

Cpk: -.05203Cp: .1301Cpm: .112

3sp Lim: (-98.312, 478.31)

Spec Lim: ( 100, 175)Est % out: ( 17.451, 56.202)

Mean

+3sp-3spLSL USL

0

1

2

3

-100 0 100 200 300 400 500


65

Respecto a la recuperación elástica de las emulsiones caracterizadas, en la gráfica 34 se observa que todas se encuentran dentro de la especificación por lo que se obtuvo un valor de Cp de 1.689, que implica que la distribución del proceso se encuentra dentro de la distribución de la especificación. Por otro lado en la gráfica 35 se muestra el comportamiento de la recuperación torsional, donde se observa que ninguna de las emulsiones analizadas se encuentran fuera de especificación, pero marca un 0.60 % fuera de especificación debido a que la aproximación de la distribución normal de los datos queda fuera del límite de especificación, dando así un valor para el Cp de 0.8372.

Gráfica 34. Cp de la recuperación elástica

Recuperación Elástica 10°C, 20cm/5min; %


Cpk: 1.689 3sp Lim: ( 55.823, 72.725)

Spec Lim: ( 50, )Est % out: ( .0000, .0000)

Mean

+3sp-3spLSL

0

0.5

1

1.5

2

2.5

50 55 60 65 70 75

Gráfica 35. Cp de la recuperación torsional

Recuperación Torsional 25°C, %

Samples: 5Mean: 53.6Std Dev: 9.3968Skewness: -1.406

Cpk: .8372 3sp Lim: ( 25.41, 81.79)

Spec Lim: ( 30, )Est % out: ( .60111, .0000)

Mean

LSL+3sp-3sp

0

0.5

1

1.5

2

2.5

20 30 40 50 60 70 80

6.6 Dependencia de las propiedades. Para mostrar la dependencia de la viscosidad con el residuo asfáltico de las emulsiones, en la gráfica 36 se hace una comparación entre las emulsiones A, E y F; la comparación entre dichas emulsiones fue posible ya que las tires tienen la misma base asfáltica. En esa gráfica se observa que de A a E, tanto la viscosidad como el residuo asfáltico disminuyen. Sin embargo, de E a F la viscosidad aumenta un poco y el residuo disminuye, esto puede deberse al emulsificante (las emulsiones A y E tienen el mismo emulsificante, pero en diferente proporción; mientras que la F contiene un agente emulsivo diferente al de las otras 2), o bien puede deberse a la molienda de las partículas de asfalto.


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Gráfica 36. Dependencia de la viscosidad y residuo asfáltico Viscosidad Saybolt Furo l (50°C), ssf

I ndivid. : cl: 112.667 ucl: 171.157 lcl: 54. 1768Subgrp Size 1

A

E

F

I ndivid.

cl

lcl

ucl

50

100

150

I D_EM ULS: A E F

Residuo asfáltico

I ndivid. : cl: 67. 65 ucl: 70.2422 lcl: 65. 0578Subgrp Size 1

A

E

F

I ndivid.

cl

lcl

ucl

65

66

67

68

69

70

I D_EM ULS: A E F

Otras variables que presentan dependencia son la penetración y ductilidad, debido a que mientras un asfalto sea más blando, entonces presentará mayor ductilidad y viceversa. Nuevamente tomando los resultados de emulsiones que tienen la misma base asfáltica, se tiene que de la emulsión K a la L, el valor de ductilidad aumentó, observando el mismo efecto para la penetración de la base asfáltica de estas emulsiones. Esto se muestra en la gráfica 37.

Gráfica 37. Dependencia de la ductilidad y penetración Ducti lidad 4°C, 5cm/min; cm

I ndivid. : cl: 39. 67 ucl: 66.2563 lcl: 13. 0837Subgrp Size 1

K

L

I ndivid.

cl

lcl

ucl

10

20

30

40

50

60

70

I D_EM ULS: K L

Penetración 25°C, 100g/5seg; 1/10 mm

I ndivid. : cl: 150.5 ucl: 185.062 lcl: 115. 938Subgrp Size 1

K

L

I ndivid.

cl

lcl

ucl

120

140

160

180

I D_EM ULS: K L


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Tanto la ductilidad y la penetración se ve favorecida principalmente por la adición de aditivos, mientras que la adición de polímero favorece primordialmente a la recuperación elástica. Para la demulsibilidad, se observa claramente que al disminuir la concentración de emulsificante, se favorece el rápido rompimiento de la emulsión. La gráfica 38 muestra el perfil de demulsibilidad que se obtuvo con las emulsiones A, B, E, G, I y L; mientras que la gráfica 39 muestra el de las emulsiones C, F, J y K. se dividieron en dos gráficas porque cada una muestra las emulsiones que tienen el mismo emulsificante. En la gráfica 38, la emulsión A tiene un porcentaje de emulsificante mayor que el resto de las emulsiones, al igual que la emulsión C en la gráfica 39. En ambos casos se observa un incremento paulatino de la demulsibilidad, esto no quiere decir que la concentración de emulsificante se haya modificado en cada emulsión, sino más bien esta variación se debe también al resto de los componentes de cada emulsión, que si tuvieron cierta variación.

Gráfica 38. Demulsibilidad de A, B, E, G, I y L

(mismo emulfsificante) Demulsibilidad 0.8% DSS, %

Individ.: cl: 51.6083 ucl: 72.1276 lcl: 31.089Subgrp Size 1

AB

E

G

I

L

Individ.

cl

lcl

ucl

30

40

50

60

70

ID_EMULS: A B E G I L

Gráfica 39 Demulsibilidad de C, F, J y K (mismo

emulfsificante) Demulsibilidad 0.8% DSS, %

Individ.: cl: 84.815 ucl: 109.602 lcl: 60.0277Subgrp Size 1

C

FJ

K

Individ.

cl

lcl

ucl

60

70

80

90

100

110

ID_EMULS: C F J K

6.7 Aplicación en campo de las emulsiones. Para evaluar el desempeño de las emulsiones asfálticas, las emulsiones E, F, G y H (correspondientes a la segunda etapa de evaluación) fueron aplicadas en mosaicos en un tramo carretero donde la temperatura ambiente fuera baja y por lo tanto la temperatura del pavimento también. Estas aplicaciones fueron


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hechas manualmente en la zona de Río Frío, Edo. de México y la compactación de la gravilla fue hecha por el flujo del tránsito a velocidad controlada. El objetivo fue observar la velocidad de rompimiento de cada emulsión al entrar en contacto con el pavimento y el agregado, así como la adherencia que el asfalto desarrollaba para mantener unido a este el material pétreo. La figura 37 muestra el mosaico de la emulsión E recientemente aplicada y compactada, al haber sido una aplicación manual puede notarse que el agregado no quedó distribuido uniformemente. Después de 4 días de esta aplicación el mosaico quedó como se muestra en la figura 38, donde se observa claramente el desprendimiento de la gravilla, no se tuvo manera de cuantificar el porcentaje de agregado separado pero por apreciación visual es mucha la cantidad de material desprendido, que implica un inadecuado nivel de adherencia.

Figura 37. Mosaico de la emulsión E

recién aplicada

Figura 38. Mosaico de la emulsión E

después de 4 días

La figura 39 muestra el mosaico de la emulsión F recién aplicada, el procedimiento de aplicación fue el mismo para todas las emulsiones. Una vez transcurridos los 4 días después de la aplicación, el mosaico de esta emulsión también tuvo un desprendimiento considerable aunque un poco menor que para la emulsión E, aún cuando tuvo el valor de demulsibilidad más alto en la segunda etapa de evaluación, esto puede verse en la figura 40. Aún así se considera un alto grado de desprendimiento el que se obtuvo con esta emulsión.


69

Figura 39. Mosaico de la emulsión F

recién aplicada

Figura 40. Mosaico de la emulsión

F después de 4 días El mosaico de la emulsión G recién aplicada puede observarse en la figura 41 y después de 4 días se puede observar un porcentaje de desprendimiento mucho menor al de las 2 anteriores (figura 42), ya que el asfalto de esta emulsión demostró mejor adherencia con el agregado, visualmente podría aproximarse una pérdida de agregado del 20 %. Por esta razón, la base asfáltica de esta emulsión fue elegida para continuar las siguientes evaluaciones.

Figura 41. Mosaico de la emulsión G recién aplicada

Figura 42. Mosaico de la emulsión G

después de 4 días


70

Para la emulsión H, el mosaico recién aplicado se muestra en la figura 43, se debe recordar que esta emulsión fue el blanco de la segunda etapa de evaluación. Después de 4 días de la aplicación, en la figura 44 se observa que el mosaico tuvo un desprendimiento sumamente alto, la perdida de agregado en este mosaico fue mucho mayor que en los otros; en este caso el asfalto tuvo una adherencia con el agregado muy pobre.

Figura 43. Mosaico de la emulsión H recién

aplicada

Figura 44. Mosaico de la emulsión

H después de 4 días Finalmente las emulsiones K y L, fueron aplicadas mediante una prueba de laboratorio llamada sweep test. La prueba se realizó por duplicado a cada emulsión y se simuló un ambiente frío para observar su comportamiento a bajas temperaturas. El porcentaje de desprendimiento de agregado de la emulsión K fue de 19.1% mientras que el de la emulsión L fue de 24.75%. Es importante mencionar que el agregado no estaba premezclado, se encontraba un poco sucio con un alto contenido de material fino. Por estas razones, el material fino y las impurezas del agregado se adhirieron más rápidamente al asfalto impidiendo que las partículas más grandes se mantuvieran adheridas al asfalto de manera que al efectuar el barrido se desprendieran. Adicionalmente, si el agregado hubiera estado premezclado o cuando menos tuviera menor contenido de partículas finas, el porcentaje de desprendimiento pudo haber sido menor. En la figura 45 se puede observar el comportamiento que tuvo la emulsión K en la prueba de barrido, mientras que en la figura 46 se observa el comportamiento de la emulsión L. En ambas emulsiones el tiempo de ruptura fue menor de una hora, siendo un poco más rápido para la emulsión K (el


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tiempo exacto de rompimiento no fue registrado por lo que esto es una aproximación).

Figura 45. Prueba de barrido de la

emulsión K Figura 46. Prueba de barrido de la

emulsión L

6.análisis y discución de...

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