Evaluación de los resultados de los ensayos interlaboratorios relacionados con mezclas asfálticas de alto desempeño

Paul Garnica Anguas, Instituto Mexicano del Transporte, pgarnica@imt.mx

Diana Berenice López Valdés, Instituto Mexicano del Transporte, dlopez@imt.mx

Resumen Tras la necesidad de contar con una relación de laboratorios que pudieran evaluar la calidad en los agregados, asfaltos y mezclas asfálticas, surge el programa de reconocimiento interlaboratorios AMAAC–IMT. Después de visitas a los laboratorios, evaluación de los técnicos y de los resultados obtenidos de los materiales evaluados, se pudo reconocer aquellos laboratorios que cumplen con los equipos y herramientas, con el personal capacitado y el procedimiento correcto para la realización de dichos ensayos. En los casos requeridos se les compartieron observaciones para mejorar sus prácticas o equipos. En algunos otros casos se tuvo que negar el reconocimiento al laboratorio en uno o varios ensayos. Así también, se tuvo la oportunidad, con base en los resultados de proponer prácticas más especificas para realizar algunos de los ensayos y con ello reducir la dispersión entre los resultados en algunos de ellos. Así entonces, se presentan en este trabajo los resultados de los ensayos evaluados, así como las propuestas para mejorar y homologar las prácticas relacionadas. Palabras clave: ensayos, interlaboratorios, reconocimiento, evaluación

1. Antecedentes

En el 2008, la AMAAC propone públicamente, por primera vez, un protocolo de diseño de mezclas de alto desempeño, creado por la necesidad de tener carreteras de mejor calidad y alto desempeño.

A raíz de esta presentación, con las diversas autoridades de los tres niveles de gobierno, universidades e iniciativa privada, en el 2009 y 2010 se logran varios tramos de prueba para implementar dicho protocolo. Con las experiencias obtenidas de estos tramos de prueba, se ve la necesidad imperante de impulsar la mejora de los procesos de diseño, construcción y control de calidad de la obra. Uno de los puntos clave fueron los laboratorios de control de calidad, ya que para poder evaluar los tramos de prueba se encontraron diferencias en la forma en que se realizaban las metodologías de prueba de los diversos materiales involucrados.

Por ello la SCT ha solicitado un listado de laboratorios, de los cuales se pudiera partir, para que participaran en estos tramos de prueba con la certeza de que dichos laboratorios respondiesen a las necesidades actuales. Así, la AMAAC y el IMT, propusieron hacer una evaluación a los diversos laboratorios del país que estén interesados en estos proyectos. Se hizo la convocatoria, a principios del 2010, para obtener en el reconocimiento de laboratorios de mezclas de alto desempeño. En esta primera convocatoria inscribieron 15 laboratorios en la categoría de agregados pétreos, 8 en la categoría de asfaltos y 7 en la categoría de mezclas asfálticas. Para este año 2011, son ya 31 inscritos. Veinticuatro laboratorios en la categoría de agregados, diecisiete en asfaltos y diecisiete en mezclas asfálticas. Actualmente nos encontramos en proceso de evaluación en conjunción con la AMAAC, mejorando estrategias de dicha evaluación y facilitando un crecimiento del sector carretero; en términos de evaluación de materiales.

Uno de los objetivos es garantizar la confiabilidad a través de ensayos de aptitud, del desempeño de los laboratorios de ensayo de mezclas asfálticas; y detectar tendencias que permitan tomar acciones correctivas que faciliten una mejora continua, en el proceso de evaluación de materiales. Otro objetivo y no menos importante, el revisar las prácticas a nivel nacional de cada uno de los ensayos relacionados con las mezclas asfálticas en caliente de alto desempeño, y uniformizar criterios.

Todo ello, con lleva a una implementación del control de calidad de los materiales de una mezcla de alto desempeño.

2. Evaluación

Al lanzar la convocatoria, se dieron algunas instrucciones para que los laboratorios participantes pudieran guiarse durante este proceso. Se realizó una planeación de las actividades, itinerarios de visitas de reconocimiento y la forma de evaluarlos.

En este proceso se elaboraron listas de verificación de los métodos de prueba con la normativa actual (ASTM, AASHTO; MMP, según aplicó). La razón fundamental para seleccionar mayormente normas ASTM, es por tener definidos valores sobre la repetibilidad y reproducibilidad del método, de tal forma que podemos utilizar herramientas estadísticas para evaluar los laboratorios en una zona aceptable, otra cuestionable y una última no aceptable. Se realizaron muestreos y selección de los ítems de ensayo para cada categoría. Se hicieron paquetes para la evaluación de agregados pétreos, asfaltos y mezclas asfálticas.

En agregados se evalúan los siguientes ensayos:

Muestreo, cuarteo y reducción de muestras, granulometría, densidad y absorción en la fracción fina y gruesa, desgaste de los ángeles, ensayo microdeval, intemperismo acelerado, forma de la partícula, caras fracturadas, ensayo de adherencia, angularidad de la fracción fina, determinación del azul de metileno y equivalente de arena.

En asfaltos se evalúan los siguientes ensayos:

Muestreo, densidad específica, punto de inflamación, ensayo de viscosidad rotacional, ensayo reológico de corte dinámico, ensayo de envejecimiento con el horno rotatorio de la película delgada (RTFO), envejecimiento con la olla de presión (PAV), ensayo de viga de flexión (BBR) y clasificación del grado PG.

En mezclas asfálticas se evalúan los siguientes ensayos:

Muestreo, densidad específica teórica máxima, densidad específica compacta, compactación de mezclas asfálticas, ensayo de susceptibilidad a la humedad (TSR), ensayo de susceptibilidad a la deformación permanente con la pista española, rueda de Hamburgo y el analizador de pavimentos asfálticos.

Interpretación de resultados. En esta etapa se evaluaron los resultados presentados entre los laboratorios. Se revisó la dispersión entre ellos. Y se seleccionó una herramienta estadística para determinar cuáles resultados eran confiables, cuáles podrían ser cuestionables y cuales en definitiva se salían del rango de aceptación.

El método estadístico que se utilizó para la evaluación de los datos de los ensayos se conoce como Zscore. La herramienta de Zscore es utilizada por entidades como EMA y CIDESI para evaluar la competencia de los resultados de laboratorio. Es por esto, que se considera una buena opción en el análisis de los datos.

El objetivo de dicha herramienta, es medir la desviación del valor asignado de modo que permita la comparación con criterios de desempeño, y está basada en la ecuación siguiente.

en donde:

x = Resultado reportado por el participante. X = Valor asignado o valor de referencia. s = Desviación estándar del ensayo de aptitud, según normativa correspondiente. Sí 0 ≤ |z| ≤ 2 Satisfactorio, obteniendo el reconocimiento por el plazo establecido. Sí 2 < |z| < 3 Cuestionable, será reconocido y condicionado a ser nuevamente evaluado en el periodo 2011. Sí |z| ≥ 3 No satisfactorio, deberá presentarse en la próxima convocatoria atendiendo a las recomendaciones anexas.

Estás distintas regiones de representación de los resultados con ZScore se representan en la Figura 1.

Figura 1 Representación de resultados de Zscore

Elaboración de informe. Con los resultados obtenidos se realizan una serie de observaciones que sirvan de base a los laboratorios para continuar sus prácticas internas o mejorarlas, contribuyendo a su vez con recomendaciones adicionales para mejorar las condiciones generales de ensayo.

3. Resultados

A continuación describiremos algunas experiencias obtenidas dentro del proyecto de evaluación o reconocimiento de laboratorios para la calidad de materiales relacionados con las mezclas asfálticas.

s

Xxz

No Satisfactorio

Cuestionable

Satisfactorio

3.1. Densidad y Absorción en agregados ASTM C128 y C127 En los ensayos de densidad del agregado grueso y fino, no se observó mucha dispersión en los resultados, sólo corroboramos algunas acciones no adecuadas, o la falta de capacitación, que hacían que un par de laboratorios se saliera del rango de aceptación (Figura 2).

Figura 2. Valores de Zscore para densidad de agregado pétreo

En contraparte, pudimos observar que el ensayo complementario de esta norma, para obtener la absorción del material (fino y grueso), nos reporta una gran dispersión en los resultados, esto nos trajo como consecuencia repetir los ensayos y establecer un criterio adicional para evitar tanta dispersión. Haciendo una revisión del procedimiento nos dimos cuenta que, en la práctica nacional, no hay un criterio bien definido para establecer el punto de la condición superficialmente seca del agregado fino, generando esta dispersión tan notoria (ver Figura 3).

Figura 3 Valores de Zscore para absorción de agregado pétreo

Por lo tanto se realizó una memoria fotográfica, estableciendo un apoyo visual para este ensayo, que fue retransmitido a los participantes, encontrando una menor dispersión. 3.2 Intemperismo acelerado, ASTM C88 En este ensayo, aunque se muestran todos los laboratorios participantes dentro del rango (Figura 4), los resultados siguen estando un tanto dispersos. Esto debido a la forma de realizar el último procedimiento de lavado del material. En la norma de la SCT se solicita, sea lavado el material con agua destilada, sin establecer una temperatura de dicha agua. Mientras que en el procedimiento de ASTM se establece que debe ser realizado el enjuague final a una temperatura de 43°C y con una solución de Bario. Esto para asegurar que no se queden cristales en incrustados en las muestras analizadas.

Figura 4. Valores de Zscore para intemperismo acelerado de agregado pétreo

3.3 Ensaye de abrasión (desgaste de los Ángeles), ASTM C 131 En este ensayo se pudo observar una buena práctica a nivel nacional de este ensayo (Figura 5). Manejo de la metodología a nivel nacional de forma adecuada y equipos en buenas condiciones. En algunos de los laboratorios, se observaron pequeñas variaciones en la geometría y peso de las esferas de acero, no siendo muy significativas. Los que presentaron variaciones, fuera del rango establecido por la norma, en las revoluciones por minuto del equipo son los que se encuentran más dispersos del resto de los laboratorios. Y aunque los resultados quedan dentro de la zona de aceptación con esta herramienta, estos valores pudieran ser el motivo de una discusión al estar en una zona de aceptación o rechazo del material analizado, al no cumplir con los requerimientos de dicha norma.

Figura 5. Valores de Zscore para desgaste de los ángeles de agregado pétreo

3.4 Ensaye de abrasión Micro Deval, AASHTO T327 En este ensayo los participantes quedan dentro de un rango de aceptación (Figura 6), más sin embargo se muestran muy dispersos entre sí. Para este caso se siguen evaluando las posibilidades de reducir esta dispersión.

Figura 6. Valores de Zscore para micro Deval de agregado pétreo

3.5 Ensayo de azul de metileno, RA05 En este ensayo se observa una gran dispersión de los resultados, debido a la falta de práctica en él (Figura 7). Otra de las razones sugeridas, es la falta de capacitación para la interpretación del ensayo y el establecer con claridad la formación de dicho halo, en el cual se detiene el ensayo. Es por esto que se realizó un apoyo visual para que pudieran los participantes apoyarse en él. Adicionalmente se revisó el tipo de reactivo de azul de metileno utilizado, ya que en algunos casos, se utilizó uno de uso farmacéutico, y no el que establece la recomendación AMAAC.

Figura 7. Valores de Zscore para azul de metileno de fracción fina

3.6 Partículas alargadas y aplanadas, ASTM D4791 En este ensayo se observó solo en una de las fracciones del ensayo una dispersión alta (Figura 8). Esto por los reportes de las observaciones realizadas a los laboratorios, ha sido debido a la falta de capacitación principalmente, ya que este ensaye es otro de los introducidos recientemente en la evaluación de los materiales.

Figura 8. Valores de Zscore para partículas alargadas y lajeadas

3.7 Ensayo de desprendimiento por fricción RA 08 En este ensaye, que es una adaptación al de la SCT, se observa buena repetitividad en los resultados (Figura 9).

Figura 9. Valores de Zscore para desprendimiento por fricción RA08

3.8 Desprendimiento por fricción Australiano RA07 En este método de prueba, los resultados mostrados presentan ligeras variaciones (Figura 10), ocasionadas según las observaciones realizadas, por diferente geometría en las charolas utilizadas para generar la película en la que se colocan las partículas de agregado pétreo y en el control de temperatura a 60°C del agua, durante los cuatro días del ensayo.

Figura 10. Valores de Zscore para desprendimiento por fricción RA07

3.9 Densidad específica del cemento asfaltico ASTM D 70 Las variaciones obtenidas en este ensayo (Figura 11), son debidas a las diversas formas de controlar la humedad y limpieza de los picnómetros. Así como el control de temperatura y limpieza del área, aunado a la precisión y cuidados de la báscula utilizada en el ensayo.

Figura 11. Valores de Zscore para densidad de cemento asfáltico

3.10 Punto de inflamación MMP 4.05.007 En esta prueba, las variaciones (Figura 12) son debidas al uso indebido de aplicadores de flama, que no tienen las dimensiones y flujo controlado de dicha flama. En algunos laboratorios lo realizan con encendedor, en otros con una punta que no cumple con las especificaciones y en algunas otras un simple cerillo.

Figura 12. Valores de Zscore para punto de inflamación

3.11 Viscosidad rotacional en asfaltos, ASTM D4402 En este caso no hubo variaciones significativas (Figura 13) entre los resultados de los participantes, excepto por uno en el cual el conector (gancho) que conecta el equipo con la aguja de medición, se encuentra con deformación tal que genera excentricidad en durante la rotación de la aguja.

Figura 13. Valores de Zscore para viscosidad rotacional en cemento asfáltico

3.12 Ensayo de pérdida de masa, ASTM D 2872 En este ensayo hay una dispersión (Figura 14) dentro de los rangos de aceptación. Las causas según las observaciones: tiempos de espera entre el registro de la masa inicial y su temperatura, contra el tiempo de espera entre el registro final y su temperatura.

Figura 14. Valores de Zscore para pérdida de masa después de RTFO

3.13 Determinación del grado PG, ASTM D7175 Aunque todos los participantes determinaron el mismo grado PG para la muestra analizada (Figura 15), los valores de temperatura al corte de la limitante para establecer dicho grado cambiaron ligeramente. Este fenómeno fue menos notorio al ensayar el asfalto después de ser envejecido con el RTFO.

Figura 15. Valores de Zscore para corte dinámico en cemento asfáltico

3.14 Densidad compacta en Gmb, ASTM D 1188 y ASTM D2726 Las variaciones en los resultados (Figura 16), se pueden relacionar con cubrimiento inadecuado de la parafina para cubrir las pastillas. Otra razón observada durante las evaluaciones fue la determinación de la densidad de la parafina. Las pastillas enviadas sólo aplicaba el método ASTM D 1188, el otro método fue evaluado durante la visita de reconocimiento.

Figura 16. Valores de Zscore para densidad compacta con parafina

3.15 Densidad específica teórica máxima, ASTM D 2041 Las variaciones en este ensaye (Figura 17), según lo observado, son atribuibles a los tiempos de reposo de la mezcla, la mala disgregación de las partículas finas, la agitación y el cuidado para la expulsión de las burbujas de aire.

Figura 17 Valores de Zscore para TSR

3.16 Susceptibilidad a la humedad o TSR, AASHTO T283 Las variaciones observadas (Figura 18) han sido debidas al control de temperatura de las pastillas durante el ensayo, así como al proceso de acondicionamiento.

Figura 18 Valores de Zscore para TSR

4. Conclusiones

Todas estas actividades nos sirven para uniformizar criterios, generar una inercia de competitividad con lealtad enfocada a la calidad de las obras y de innovación tecnológica. Tras las evaluaciones y los resultados se encuentra un cambio de actitud generalizada en la industria, tanto en el sector privado como en el gubernamental. Dando paso así, a nuevas posibilidades de ejercer el presupuesto federal, estatal y municipal con mayores herramientas de calidad, y generar un cambio en la política de selección de los ejecutores del control de calidad.

5. Referencias

EMA: http://www.ema.org.mx/ema/ema/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=130&Itemid=157

Valdés O. Premisas para el establecimiento de un Sistema de Control de Calidad en laboratorios químicos. Rev Cubana Normalización 1987;1:16.

ISO 5725:86 Precission of test methods. Determination of repeatibility and reproducibility by interlaboratory test.

Laboratory of the Government Chemist. Guidelines for the development of standard methods by collaborative study. 3 ed. London: Cornwall House, 1987.

International Union for Pure and Applied Chemistry. Guidelines for collaborative study. Procedure to validate characteristics of a method of analysis. Geneva, 1989.

Diario Oficial de Comunidades Europeas No. L 286/35 1988.