UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Análisis del efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la
estabilidad de las emulsiones asfálticas de rompimiento lento
Informe de proyecto final de graduación sometido a consideración de la Escuela de Ingeniería
Química como requisito final para optar al grado de Licenciatura en Ingeniería Química
Jesús Armando Valverde Vega
CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO
SAN JOSÉ, COSTA RICA
2016
TRIBUNAL EXAMINADOR
Proyecto de graduación presentado ante la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de
Costa Rica, como requisito final para optar por el grado de Licenciado en Ingeniería Química .
Jesús Armando Val verde Vega
Aprobado por:
In . o o ate Brenes, M.Sc. Escuela de Ingeniería Química
lngaª"zco Ballestero Ingeniera Química
lng. rick Solano Carmona Profeso a de Ingeniería Química
~Á· -~Js Rr Ing. Roberto Coto Rojas, MBA Profesor Escuela de Ingeniería Química
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
San José, Costa Rica
2016
Sustentante
Presidente del tribunal
Directora del proyecto
Miembro Lector
Miembro Lector
Lector invitado
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DEDICATORIA
Este proyecto de graduación está dedicado a mis padres: Maritza Vega Barrantes y Marvin
Valverde García; quienes a lo largo de todos estos años de estudio y formación me han acompañado
en cada paso y quienes han sido un ejemplo de vida y dedicación, esfuerzo y apoyo incondicional.
Gracias a ellos he llegado a ser la persona que soy el día de hoy.
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios todopoderoso, por permitirme culminar esta carrera profesional. A Él la gloria y el honor,
hoy, mañana y siempre.
A toda mi familia, en especial a mis padres y hermanos: Sharon, Priscilla, María, Esteban y Andrés.
A mi tía Lía por ser un apoyo incondicional en este proceso.
A mis compañeros universitarios: Elizabeth Vallejos, Minor Vargas, Nancy Valerio, Gregory
Alvarado y Melissa Morales; por acompañarme a lo largo de estos años de carrera universitaria y a
los que aprecio y admiro enormemente.
A los funcionaros y compañeros del Departamento de Investigación, Planta de Emulsiones
Asfálticas y Departamento de Calidad de RECOPE S.A en El Alto de Ochomogo: Paola Orozco,
Allan Chin-Wo, Rodrigo González, Jimmy Fernández, Herlyn Arias, Gerson Rodríguez, Jessica
Rodríguez, Adolfo Madrigal y Francisco Torres; por haberme proporcionado el conocimiento, guía
y herramientas en la consecución de este proyecto.
vii
RESUMEN
Se analizó el efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la estabilidad de las
emulsiones asfálticas de rompimiento lento (CSS-1h), como una respuesta a un problema operativo
de RECOPE S.A. Este problema surge de la presencia de sales en el asfalto, las cuales son
higroscópicas y al encontrarse en la porción asfáltica de la emulsión producen un efecto de ósmosis
que genera un desplazamiento de la fase acuosa a la orgánica ocasionando distorsiones en la
viscosidad y la estabilidad. Esto provoca que dichos parámetros se salgan de la especificación
acotada por el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA) 75.01.22:04, lo que imposibilita la
adecuada comercialización y venta.
Para ello se planteó un diseño experimental el cual tiene como variable de estímulo la cantidad de
cloruro en el asfalto que se utilizó como materia prima para la elaboración de las emulsiones. Como
variable controlable la cantidad de cloruro de calcio a adicionar en la mezcla jabonosa para preparar
la emulsión. Como variables no controlables la temperatura y la presión ambiental. Las variables de
respuesta y estudio son la viscosidad y la estabilidad de la emulsión. Las mismas fueron
determinadas por medio de las normas ASTM D-6470-10 y ASTM D-7496-11 respectivamente.
Primero se determinó la cantidad de cloruros en el asfalto como una aproximación a la cantidad de
sales en el mismo. Para ello se modificó ligeramente el procedimiento establecido por la norma
ASTM-D6470. Este análisis sirvió como punto de partida para el posterior enriquecimiento, el cual
fue verificado por el mismo procedimiento. Se obtuvo una concentración de cloruro en el asfalto de
aproximadamente 80 mg/kg. Se enriqueció el mismo generando seis niveles más: 100 mg/kg;
150 mg/kg; 200 mg/kg; 300 mg/kg; 400 mg/kg y 500 mg/kg. Con estas muestras de asfalto
enriquecido se prepararon emulsiones sin la utilización del aditivo, para determinar los niveles en
los cuales la estabilidad y viscosidad hacen que la emulsión salga de especificación.
Posteriormente para cada uno de los siete niveles de concentración de cloruro en el asfalto
mencionado anteriormente se prepararon emulsiones con tres niveles distintos de cloruro de calcio
en porcentajes másicos de 0,05 %, 0,10 % y 0,15 %, para un total de cuatro niveles incluyendo el de
0,00 % (sin utilización de aditivo). Se aplicaron en total 28 tratamientos por duplicado para un total
de 56 ensayos. Se analizaron los datos obtenidos y se planteó una correlación experimental que
consta de dos ecuaciones que permite predecir la cantidad de cloruro de calcio a adicionar para una
viscosidad y estabilidad deseadas a partir de la concentración de cloruros en el asfalto.
Se encontró que el aumento en la concentración de cloruros en el asfalto provoca desviaciones
indeseables en la viscosidad y la estabilidad de las emulsiones y que la estabilidad es mucho más
sensible a este aumento que la viscosidad. Así mismo, la adición de cloruro de calcio provoca que la
viscosidad se mantenga casi invariable en el trascurso del tiempo además mejora significativamente
la estabilidad de la emulsión, ocasionando que este parámetro se ajuste a lo requerido por el RTCA.
Se recomienda realizar un proceso de validación para la determinación de sales en el asfalto,
mejorar el proceso de enriquecimiento de sales, analizar un nivel más de concentración de cloruro
de calcio y someter al análisis otros factores importantes del proceso productivo de las emulsiones.
ix
Índice General
Contenido Pág.
1. Justificación ............................................................................................................................... 1
2. Marco teórico ............................................................................................................................. 3
El bitumen o asfalto ............................................................................................................................ 3
Emulsiones asfálticas .......................................................................................................................... 4
Ventajas de las emulsiones .................................................................................................................. 5
Surfactantes o emulsificantes en las emulsiones asfálticas ................................................................. 5
Formulación de las emulsiones ........................................................................................................... 7
Otros componentes de la emulsión y su función ................................................................................. 8
Clasificación de las emulsiones bituminosas ...................................................................................... 9
Manufactura de las emulsiones ......................................................................................................... 10
Pruebas de calidad para las emulsiones asfálticas .............................................................................. 11
Manejo y almacenamiento de las emulsiones ................................................................................... 13
Aplicación de las emulsiones ............................................................................................................ 14
3. Descripción del proceso productivo de las emulsiones asfálticas y el problema en su
elaboración ............................................................................................................................ 17
Dosificación para la preparación de emulsiones asfálticas en RECOPE S.A. .................................. 17
Emulsificante REDICOTE E-4868. .................................................................................................. 18
Descripción del proceso y condiciones de operación. ....................................................................... 18
Descripción del problema ................................................................................................................. 19
4. Metodología ............................................................................................................................. 21
Análisis de proceso normal de producción. ...................................................................................... 21
Definición de los parámetros de operación y preparación de las muestras ....................................... 21
Caracterización de las materias primas de partida y verificación de los métodos de medición
de cloruros y el enriquecimiento de las muestras. .................................................................. 22
Determinación de los niveles que ocasionan problemas. .................................................................. 22
Determinación de los niveles de CaCl2 a añadir. .............................................................................. 23
Medición de la estabilidad de las emulsiones asfálticas ................................................................... 24
Medición de la viscosidad de las emulsiones asfálticas .................................................................... 25
x
5. Análisis de resultados .............................................................................................................. 29
Determinación de cloruros en el asfalto que se emplea como materia prima ................................... 29
Determinación del efecto del enriquecimiento con cloruro de sodio al asfalto sobre la
viscosidad y la estabilidad de la emulsión sin utilizar como aditivo CaCl2 ............................ 34
Determinación del efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la estabilidad. ........ 37
Determinación y análisis del modelo de regresión. ........................................................................... 42
6. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................... 51
Conclusiones ..................................................................................................................................... 51
Recomendaciones .............................................................................................................................. 52
7. Referencias ............................................................................................................................... 55
8. Nomenclatura........................................................................................................................... 57
9. Resultados ................................................................................................................................ 59
10. Resultados intermedios ......................................................................................................... 77
11. Muestra de Cálculo. .............................................................................................................. 97
C.1. Cálculo de la constante de orificio del viscosímetro de Saybolt. .............................................. 97
C.2. Cálculo de la corrección a la viscosidad de las emulsiones asfálticas con la constante
del orificio. .............................................................................................................................. 97
C.3. Cálculo del porcentaje de estabilidad de las emulsiones asfálticas. .......................................... 98
C.4. Cálculo del contenido de sales en mezclas asfálticas. ............................................................... 98
C.5. Cálculo de la primera derivada para la determinación del punto de inflexión en la
valoración potenciométrica ..................................................................................................... 99
12. Anexos .................................................................................................................................. 101
xi
Índice de Figuras
Contenido Pág.
Figura 2.1. Tipos de emulsiones según la naturaleza de la fase dispersa y dispersante y su
distribución ..................................................................................................................... 4
Figura 2.2. Interacción del bitumen, emulsificante y agua ................................................................ 6
Figura 2.3. Fabricación de una emulsión asfáltica en modo discontinuo ......................................... 11
Figura 5.1. Valoración potenciométrica para determinar el contenido de cloruros en el asfalto
del T-112 muestreado el 20/10/15. ................................................................................ 30
Figura 5.2. Primera derivada para determinar el contenido de cloruros en el asfalto del T-112
muestreado el 20/10/15. ................................................................................................ 31
Figura 5.3. Comparación entre el valor nominal de enriquecimiento y el obtenido mediante
valoración potenciométrica. .......................................................................................... 33
Figura 5.4. Viscosidad en función de la concentración de cloruro utilizado para elaborar la
emulsión sin usar CaCl2 ................................................................................................ 34
Figura 5.5. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando no
se les ha agregado CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa. ............................ 35
Figura 5.6. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros sin agregar
CaCl2 en la mezcla jabonosa. ....................................................................................... 37
Figura 5.7. Viscosidad en función de la concentración de cloruro utilizado para elaborar la
emulsión con diferentes contenidos de CaCl2 (%)........................................................ 38
Figura 5.8. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se
les ha agregado 0,05 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa. ................ 38
Figura 5.9. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se
les ha agregado 0,10 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa. ................ 39
Figura 5.10. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se
les ha agregado 0,15 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa. ................ 39
Figura 5.11. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros en función del
porcentaje de CaCl2 adicionado en la formulación de la mezcla jabonosa................... 40
xii
Contenido Pág.
Figura 5.12. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros agregando A)
0,05% de CaCl2 B) 0,10 % de CaCl2 y C) 0,15% de CaCl2en la formulación de la
mezcla jabonosa. ........................................................................................................... 41
Figura 5.13. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la viscosidad dado por
la ecuación 6. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos
(c) Histograma (d) Residuos contra orden de observación. .......................................... 45
Figura 5.14. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la estabilidad dado por
la ecuación 8. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos
(c) Histograma (d) Residuos contra orden de observación. .......................................... 49
xiii
Índice de Cuadros
Contenido Pág.
Cuadro 2.1. Química de emulsificantes asfálticos (James A. , 2006) ................................................ 7
Cuadro 2.2. Formulaciones típicas para la preparación de emulsiones asfálticas (James A. ,
2006) ............................................................................................................................... 8
Cuadro 2.3. Técnicas de aplicaciones para cada tipo de emulsión asfáltica (LANAME-UCR,
2012) ............................................................................................................................. 15
Cuadro 3.1. Formulación de la emulsión asfáltica de rompimiento lento ....................................... 17
Cuadro 3.2. Propiedades físicas del emulsificante REDICOTE-E4868. ......................................... 18
Cuadro 4.1. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones sin tratamiento a las sales
provenientes del asfalto ................................................................................................ 23
Cuadro 4.2. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones con tratamiento de CaCl2 ......... 24
Cuadro 5.1. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la viscosidad
de las emulsiones representada en la ecuación 6. ......................................................... 43
Cuadro 5.2. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el
modelo que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 6 ............................... 44
Cuadro 5.3. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el
modelo depurado que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 7 ............... 47
Cuadro 5.4. Análisis de coeficientes para el modelo depurado que describe la viscosidad
dada por la ecuación 7 .................................................................................................. 47
Cuadro 5.5. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la estabilidad
de las emulsiones representada en la ecuación 8 .......................................................... 48
Cuadro 5.6. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el
modelo que describe la estabilidad de las emulsiones, ecuación 8 ............................... 48
Cuadro 9.1. Medición de la masa de un galón metálico vacío utilizado para el
almacenamiento de las muestras de asfalto .................................................................. 59
Cuadro 9.2. Medición de la masa de un galón metálico más el residuo después de utilizar el
asfalto almacenado en ellos .......................................................................................... 59
xiv
Contenido Pág.
Cuadro 9.3. Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que se utilizó
para la preparación de cada emulsión ........................................................................... 59
Cuadro 9.4. Tiempo para la determinación de la constante de orificio ............................................ 61
Cuadro 9.5. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado
el 20/10/2015 ................................................................................................................ 61
Cuadro 9.6. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado
el 18/01/2016 ................................................................................................................ 62
Cuadro 9.7. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el
asfalto después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores
nominales de 100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg ....................................................... 62
Cuadro 9.8. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el
asfalto después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores
nominales de 300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg ....................................................... 63
Cuadro 9.9. Medición de la viscosidad en el tiempo para las emulsiones elaboradas sin
cloruro de calcio............................................................................................................ 64
Cuadro 9.10. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 64
Cuadro 9.11. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 100 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 65
Cuadro 9.12. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 150 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 66
Cuadro 9.13. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 200 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 66
Cuadro 9.14. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 300 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 67
Cuadro 9.15. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 400 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 67
xv
Contenido Pág.
Cuadro 9.16. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 500 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes
másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa................................. 68
Cuadro 9.17. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg .......................... 68
Cuadro 9.18. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg ........................ 69
Cuadro 9.19. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 150 mg/kg ........................ 70
Cuadro 9.20. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 200 mg/kg ........................ 72
Cuadro 9.21. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 300 mg/kg ........................ 73
Cuadro 9.22. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 400 mg/kg ........................ 74
Cuadro 9.23. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 500 mg/kg ........................ 75
Cuadro 10.1. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis por
quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el
20/10/2015 .................................................................................................................... 77
Cuadro 10.2. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis por
quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el
18/01/2016 .................................................................................................................... 77
Cuadro 10.3. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto
del T-112 tomado el 20/10/2015 ................................................................................... 78
Cuadro 10.4. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto
del T-112 tomado el 18/01/2016 ................................................................................... 78
Cuadro 10.5. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 80 mg/kg ........................................... 79
Cuadro 10.6. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 100 mg/kg ......................................... 79
xvi
Contenido Pág.
Cuadro 10.7. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 150 mg/kg ......................................... 80
Cuadro 10.8. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 200 mg/kg ......................................... 80
Cuadro 10.9. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 300 mg/kg ......................................... 80
Cuadro 10.10. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 400 mg/kg ......................................... 81
Cuadro 10.11. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 500 mg/kg ......................................... 81
Cuadro 10.12. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del
contenido de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores
nominales de 100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg ....................................................... 82
Cuadro 10.13. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del
contenido de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores
nominales de 300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg ....................................................... 83
Cuadro 10.14. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el
asfalto después de enriquecimiento a 100 mg/kg y 150 mg/kg .................................... 83
Cuadro 10.15. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el
asfalto después de enriquecimiento a 200 mg/kg y 300 mg/kg .................................... 84
Cuadro 10.16. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el
asfalto después de enriquecimiento a 400 mg/kg y 500 mg/kg .................................... 84
Cuadro 10.17. Cálculo de la constante de orificio para la corrección de la viscosidad ................... 84
Cuadro 10.18. Viscosidad corregida para las emulsiones elaboradas sin aditivo a diferentes
niveles de concentración de cloruro en el asfalto ......................................................... 85
Cuadro 10.19. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 86
Cuadro 10.20. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
100 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 86
xvii
Contenido Pág.
Cuadro 10.21. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
150 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 87
Cuadro 10.22. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
200 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 87
Cuadro 10.23. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
300 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 88
Cuadro 10.24. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
400 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 88
Cuadro 10.25. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
500 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 89
Cuadro 10.26. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg ................................................... 89
Cuadro 10.27. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg ................................................. 90
Cuadro 10.28. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 150 mg/kg ................................................. 92
Cuadro 10.29. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 200 mg/kg ................................................. 93
Cuadro 10.30. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 300 mg/kg ................................................. 94
Cuadro 10.31. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 400 mg/kg ................................................. 95
Cuadro 10.32. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con
asfalto a una concentración de cloruros de 500 mg/kg ................................................. 96
1
1. Justificación
Las emulsiones asfálticas son dispersiones de pequeñas gotas de asfalto en una fase continua
acuosa. Esta muchas veces se comporta como una emulsión compleja donde la fase dispersante, en
este caso el agua, forma pequeñas gotas dentro de las gotas de la fase dispersa. Actualmente, el
asfalto y las emulsiones asfálticas son empleados en la construcción de superficies de rodamiento.
La emulsión se combina con un agregado y se produce un efecto de rotura de la misma, este
proceso faculta la cohesión y unión del agregado, dando como resultado una superficie con ciertas
características deseadas y funcionales (Walter & Walter, 2006). Otras aplicaciones menores de las
emulsiones asfálticas están relacionadas con el tratamiento de suelos para la siembra, como un
sistema fijador de semillas.
Las emulsiones se utilizan de preferencia frente al asfalto debido a una serie de ventajas en cuanto a
su manipulación y almacenamiento. El asfalto a temperatura ambiente resulta ser un sólido que es
difícil de tratar. A 60 °C el asfalto tiene una viscosidad de 10 a 400 veces mayor que la emulsión.
Esto significa que la emulsión facilita la manipulación a baja temperatura y por lo tanto tiene un
costo energético asociado menor. Otra ventaja de no trabajar a altas temperaturas es la disminución
de las emisiones de gases de efecto invernadero producto de la reducción en el consumo de
combustibles usados en las operaciones de intercambio calórico, se evita también la oxidación del
asfalto y las técnicas de manipulación son más sencillas y menos peligrosas (Furlong, James,
Kalinowski, & Thopson, 1999).
Entre los parámetros más importantes que determinan la calidad de las emulsiones asfálticas están
la viscosidad y la estabilidad. La estabilidad está relacionada con una serie de fuerzas
intermoleculares de atracción y de repulsión dentro de la suspensión. La viscosidad también
depende de la distribución y el tamaño de las gotas de asfalto en la emulsión que afectan la fluidez
del producto. Otro factor que afecta la fluidez y la estabilidad de las emulsiones es la cantidad de
sólidos retenidos, por lo tanto, es importante tener un control de ciertas sustancias en la emulsión
que vayan a afectar dichos parámetros y por lo tanto el producto final ofrecido al cliente (Furlong,
James, Kalinowski, & Thopson, 1999).
Actualmente en RECOPE S.A. se ha determinado que ciertos lotes de asfalto empleados para
elaborar las emulsiones traen consigo una cierta cantidad de sales disueltas. Estas sales son
2
higroscópicas y al encontrarse en la porción asfáltica de la emulsión facultan el desplazamiento por
ósmosis de la fase acuosa hacia el interior de las gotas de asfalto y con ello se ve afectada la
viscosidad y la estabilidad de la emulsión en el tiempo, mientras el proceso se lleva a cabo (James
A. , 2006). El problema anteriormente mencionado se trata en RECOPE S.A con la adición a prueba
y error de cloruro de calcio (CaCl2) en la fase acuosa antes de preparar la emulsión y de esta forma
lograr un equilibrio iónico de sales entre la fase dispersa y la fase dispersante y detener el proceso
de ósmosis del agua. De esta manera se mejora la estabilidad y viscosidad de las emulsiones con
respecto al tiempo. Pero el proceso de adición se basa en la experiencia, dando ocasión de fallo en
la formulación al adicionar más cloruro de calcio que el requerido para lograr una buena
estabilización o adicionar menos y provocar que el proceso se deba repetir recirculando el producto
una y otra vez para alcanzar el propósito deseado. Esto genera riesgo, pérdida de tiempo, energía y
reproceso.
Es por ello, que por medio de un diseño experimental se pretende estudiar el efecto de la adición de
cloruro de calcio en las emulsiones asfálticas de rompimiento lento con el fin de obtener un modelo
que permita correlacionar la cantidad de sales presentes en el lote de asfalto con la cantidad de
cloruro de calcio a agregar en la fase acuosa al preparar la emulsión para garantizar la estabilidad y
viscosidad exigidas por el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA) respectivo para su venta.
De esta manera resultaría más práctico para la empresa el proceso de fabricación, ya que con un
solo análisis inicial de sales en el asfalto, se puede determinar la cantidad de reactivo a agregar, con
lo que se ahorra tiempo, dinero y esfuerzo y se elimina el proceso de adición de la sal a prueba y
error. Además, la investigación puede ayudar a determinar o detectar otros factores que están
interfiriendo en la calidad de las emulsiones y que se pueden trabajar en el futuro, el análisis de
dichos factores queda fuera del alcance de este proyecto.
.
3
2. Marco teórico
El bitumen o asfalto
El asfalto o bitumen es uno de los agentes más importantes en la construcción de las superficies de
rodamiento en la actualidad, fácilmente reconocible por su color negro característico. En la
confección de carreteras, el asfalto o bitumen, es mezclado con un agregado, generalmente roca
molida, que después de un proceso de emparejamiento da como resultado el producto deseado: una
superficie en la cual se pueda transitar con algunas características deseables y funcionales (Walter &
Walter, 2006).
El bitumen es, en sí, un residuo del proceso de la destilación del crudo. Consiste en una mezcla de
hidrocarburos de diferentes tamaños que a la vez contienen heteroátomos como azufre, nitrógeno y
oxígeno; así como trazas de metales como vanadio y níquel. Sin embargo, la verdadera naturaleza
química del bitumen no es totalmente conocida. Algunas fuentes enseñan que es una dispersión
coloidal de asfaltenos en maltenos (fracción soluble en hidrocarburos saturados con bajo punto de
ebullición constituido por anillos aromáticos, nafténicos y cadenas parafínicas) y que esa dispersión
es estabilizada con resinas. A temperatura ambiente, el bitumen es un sólido viscoelástico que a
medida que la temperatura aumenta se torna en un líquido viscoso. Presenta propiedades únicas de
adhesividad y resistencia al agua, características que hacen al material especialmente útil e ideal
para unir un agregado (Walter & Walter, 2006).
Una de las propiedades funcionales del bitumen es servir como agente unificador en las mezclas
asfálticas para caminos o carreteras. La mayoría de las pruebas para establecer su calidad o
propiedades deseadas son empíricas y se han utilizado por un periodo amplio de tiempo. Dos de las
pruebas más comunes son la penetración a 25 °C y el punto de ablandamiento conocido como
“Ring&Ball”. La penetración es una medida de la rigidez del bitumen a las temperaturas de servicio
más comunes de la superficie de rodamiento, mientras que “Ring&Ball” da la rigidez cerca de la
temperatura más alta esperada en la superficie (Walter & Walter, 2006).
4
Emulsiones asfálticas
El uso de las emulsiones asfálticas inició en la primera mitad del siglo XX. Las ventajas de las
emulsiones asfálticas comparadas con el asfalto son: la baja temperatura de aplicación, la
compatibilidad con otros aglutinantes a base de agua como el látex y el cemento y un bajo
contenido de solventes. Ahora, una emulsión es una dispersión de pequeñas gotas de un líquido en
otro. Las emulsiones pueden formarse por dos líquidos inmiscibles cualesquiera, pero en la mayoría
de las emulsiones una de las fases es acuosa. La emulsiones aceite/agua, O/W (por sus siglas en
inglés) son aquellas en que la fase continua o dispersante es agua y la fase dispersa (en burbujas o
gotas) es un líquido oleoso. Por otro lado las emulsiones agua/aceite W/O son aquellas en las que la
fase continua es un aceite y la fase dispersa el agua. El tercer tipo, que es más complejo, es cuando
en la fase dispersante (agua) se encuentra suspendida la fase dispersa (aceite) y dentro de las gotas
de la misma se encuentran burbujas de la fase dispersante, en tal caso se habla de una emulsión
W/O/W. La viscosidad de la emulsión y especialmente los cambios de viscosidad de la emulsión
durante el almacenamiento está fuertemente influenciada por la fase acuosa en el interior
(James A., 2006). En la Figura 2.1 se muestran los diferentes tipos de emulsiones.
Figura 2.1. Tipos de emulsiones según la naturaleza de la fase dispersa y dispersante y su
distribución
(AkzoNobel, SA).
Las emulsiones estándar de bitumen son consideradas del tipo O/W y contiene de 40 % a 75 % de
bitumen, 0,1 % a 2,5 % de emulsificante, 25 % a 60 % de agua y otros componentes en menor
cantidad. Las gotas de bitumen dentro de la emulsión oscilan entre los 0,1 μm y 20 μm en diámetro.
Existe una distribución del tamaño de las partículas y la misma está influenciada por la fórmulación
de la emulsión, los mecanismos y las condiciones de operación de la planta de manufactura. El
tamaño de partícula y la distribución afectan significativamente las propiedades físicas de la
5
emulsión como la estabilidad y la viscosidad bajo condiciones de almacenamiento. Las partículas
pequeñas aumentan el desempeño en cuanto al mezclado y la aplicación en spray (James A. , 2006).
Como fluidos complejos, la estabilidad de las emulsiones depende de las fuerzas intermoleculares
de atracción y de repulsión.
Ventajas de las emulsiones
La viscosidad es una de las características más importantes por las cuales se utilizan las emulsiones
asfálticas frente al asfalto como tal. Las emulsiones presentan viscosidades con valores que varía de
0,5 P a 10 P mientras que el asfalto presenta valores de 100 P a 4000 P, ambos a una temperatura de
60 °C. Esto quiere decir que la emulsión posibilita el manejo a bajas temperaturas, mientras que la
manipulación del asfalto requeriría mayor temperatura y por lo tanto un costo energético asociado
mayor. Otra ventaja asociada es que al no operar a altas temperaturas se da una disminución en las
emisiones de gases producto de la disminución de combustibles usados en la operación de
calentamiento, el consumo energético es menor, se evita la oxidación del asfalto y las técnicas de
manipulación son más sencillas y menos peligrosas (Furlong, James, Kalinowski, & Thopson,
1999).
Surfactantes o emulsificantes en las emulsiones asfálticas
Los emulsificantes cumplen la función de vencer la tensión superficial entre el asfalto y el agua,
permitiendo que el asfalto sea dispersado en la fase acuosa. Además favorece la formación de una
doble capa eléctrica alrededor de las gotas de asfalto que impiden que estas vuelvan a unirse porque
en la superficie de las gotas la carga es de igual naturaleza y de esta manera no se desestabiliza la
emulsión formada. En el caso de emulsiones asfálticas para mezclas se dice que por cada litro de
emulsión se crea un área interfacial de 500 m2 entre el agua y el asfalto. Un surfactante es una
sustancia que tiene una cabeza hidrofílica de naturaleza polar la cual interactúa con el agua y al
mismo tiempo evita que las partículas de asfalto choquen y se unan manteniendo estable la
emulsión. Además, tienen una cola lipofílica formada por una cadena de carbonos (de 12 a 18
carbonos) que interactúa con el componente oleoso o no polar de la emulsión (el asfalto). La Figura
2.2 muestra la interacción del emulsificante, la fase dispersa y la fase dispersante (Mercado, Bracho,
& Avendaño, 2008).
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Figura 2.2. Interacción del bitumen, emulsificante y agua
(AkzoNobel, SA).
Las emulsiones asfálticas preparadas con surfactantes catiónicos presentan características
importantes: son estables, rompen al contacto con la superficie, la película formada se adhiere
fuertemente a la superficie y es relativamente sensible al agua. Por lo tanto, es el tipo de surfactante
más utilizado en la construcción de carreteras. Los surfactantes aniónicos más utilizados son
sulfonatos de lignina o casi todos los tipos conocidos de derivados del petróleo: naftenos,
sulfonatos, cresilatos, y sales de sodio de ácido grasos. Las moléculas de estos jabones de fórmula
general R-COO-Na ó RSO3-Na+ se ionizan en agua para formar los cationes y aniones respectivos,
con lo que se varía el carácter lipofílico y la densidad de carga negativa, con la capacidad de generar
una emulsión con las características deseables de velocidad de rotura en presencia del material en el
cual se va a agregar la emulsión (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).
Los surfactantes no iónicos no producen iones en solución acuosa porque presentan grupos
hidrofílicos no ionizables del tipo fenol, alcohol, éter o amida. Como no existe una interacción entre
el emulsificante y el material pétreo, la utilización del mismo puede ocasionar una adhesión pobre
entre el asfalto emulsificado y el mineral, a menos que se utilice en medio básico o ácido. Los
surfactantes anfóteros, por otro lado, presentan dos grupos funcionales, uno aniónico y el otro
catiónico; en ese caso, el pH controla el carácter dominante. Como poseen un comportamiento dual,
resultan ser excelentes emulsificantes para el asfalto (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008). Los
7
emulsificantes pueden ser aniónicos, catiónicos o no aniónicos dependiendo de la carga de la cabeza
influenciada por el pH de la solución. En el Cuadro 2.1 se observa la descripción de la naturaleza
química de algunos emulsificantes.
Cuadro 2.1. Química de emulsificantes asfálticos (James A. , 2006)
Porción
Lipofílica Grupo de la cabeza Contraión
Carga de la
cabeza a pH 2
Carga de la
cabeza a pH 11
Seboalquil- [-NH2CH2CH2CH2NH3]2+ 2 Cl- Positiva Neutral
Seboalquil- [-N(CH3)3]+ Cl- Positiva Positiva
Nonilfenil- [-O(CH2CH2O)100H Ninguno Neutral No iónica
Aceite sebo- [-COO]- Na+ Neutral Negativa
Alquilbenceno- [-SO3]- Na+ Negativa Negativa
Formulación de las emulsiones
Los emulsificantes generalmente son proporcionados en su forma insoluble en agua y necesitan ser
neutralizadas con ácido o base por parte del productor para generar la forma aniónica o catiónica
que es soluble en agua usada para preparar la solución jabonosa y para que el emulsificante
interactúe de manera adecuada con el asfalto y el agua para generar la emulsión. La escogencia del
ácido o la base y el pH final de la solución influencian fuertemente las propiedades de la emulsión.
Los ácidos más comunes son el ácido clorhídrico y el fosfórico, el hidróxido de sodio es la base más
común. Algunas formulaciones típicas para preparar las emulsiones se muestran en el Cuadro 2.2.
Las emulsiones catiónicas son por lo general ácidas, mientras que las aniónicas son típicamente
básicas. En las siguientes ecuaciones se muestran las interacciones en estudio (James A. , 2006).
RNH2+ HCl ↔ RNH3++ Cl
- (1)
Forma insoluble en agua↔ forma catiónica soluble en agua
RCOOH + NaOH ↔ RCOO-+ Na++ H2O (2)
Forma insoluble en agua ↔ forma aniónica soluble en agua
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Cuadro 2.2. Formulaciones típicas para la preparación de emulsiones asfálticas (James A. , 2006)
Catiónica de
rompimiento rápido
(CRS)
Catiónica de
rompimiento lento
(CSS)
Aniónica de
rompimiento rápido
(Anionic RS)
Aniónica de
rompimiento lento
(Anionic SS)
Componente % Componente % Componente % Componente %
Asfalto 65 Asfalto 60 Asfalto 65 Asfalto 60
Emulsificante 0,2 Emulsificante 0,6
Emulsificante 0,3 Emulsificante 0,5
HCl 0,15 NaOH 0,2 Ligninas 0,5
pH 1,5-2,5 pH 3-7 pH 11-12 pH 10-12
Agua a 100 Agua a 100 Agua a 100 Agua a 100
Otros componentes de la emulsión y su función
Aparte de los componentes ya mencionados, las emulsiones poseen otros que se describen a
continuación (LANAME-UCR, 2012):
Cloruro de calcio: Esta y otras sales comunes se adicionan a la fase acuosa a una concentración de
0,05 % a 0,10 %. El asfalto puede contener sales si el proceso de desalinización del petróleo no se
ha llevado a cabo de la manera correcta. Esta sal puede causar la desalinización de los glóbulos de
la emulsión mediante ósmosis. Esto provoca un aumento gradual de la viscosidad de la emulsión,
seguida de la disminución cuando la sal escapa del bitumen. El cloruro de calcio ayuda a reducir el
efecto de la ósmosis del agua al bitumen y detiene el aumento de la viscosidad durante el
almacenamiento. También puede incrementar la estabilidad aumentando la densidad de la fase
acuosa. Precisamente la equiparación entre el equilibrio de cargas entre el bitumen y el agua de la
emulsión es lo que se quiere lograr, pero no solo recurriendo a un procedimiento de prueba y error,
sino que, con base en análisis crear un modelo que permita predecir la cantidad de cloruro de calcio
que debe adicionarse en la solución jabonosa antes de preparar la emulsión y de esta manera detener
el proceso de ósmosis del agua hacia la fase del bitumen y lograr la estabilidad de la emulsión
durante el almacenamiento.
Tripolifosfato sódico: La adición de un 0,1 % de tripolifosfato sódico actúa como ablandador del
agua en caso de utilizar agua dura para preparar la emulsión y mejora la calidad de la misma.
Activantes de adhesividad: La resistencia al agua es una propiedad importante de las mezclas y las
9
lechadas. Generalmente las emulsiones aniónicas presentan dificultades para adherirse a los áridos,
por ello se pueden agregar activantes de adhesividad al bitumen antes de su emulsificación o
también una vez fabricada la emulsión.
Látex: Un polímero modificado puede mejorar las propiedades del bitumen, por ejemplo, en
cohesión, resistencia a la fisuración a bajas temperaturas y resistencia a reblandarse a altas
temperaturas. Como el látex es ya la dispersión de un polímero en base agua, puede adicionarse a la
fase acuosa o bituminosa siempre y cuando el tipo de látex sea compatible con la emulsión.
Espesantes: Los solubles en agua pueden aumentar la viscosidad de la emulsión para que la misma
cumpla con las especificaciones o se adiciona para disminuir el escurrimiento de la emulsión en
mezclas de granulometría abierta. Puede añadirse a la emulsión terminada o a la fase acuosa en
dosis del 0,02 % a 0,20 %. Los mismos pueden afectar la rotura y adhesión por lo que se deben
seleccionar cuidadosamente.
Clasificación de las emulsiones bituminosas
Según la concentración de cada fase se tienen las emulsiones directas, donde la fase oleosa es la
fase dispersa en la fase acuosa continua y las inversas o emulsiones de alta flotación, donde la fase
continua la constituye el asfalto. Generalmente las emulsiones se clasifican según el tipo de
surfactante pero también se consideran otras propiedades como la tasa de sedimentación, que
cuantifica la velocidad de coalescencia de las partículas suspendidas en el asfalto o cuán rápido se
rompe la emulsión por evaporación de agua, y que es afectada por el tipo y concentración de
emulsificante y las condiciones atmosféricas. Se usan los términos RS (Rapid Setting), MS
(Medium Setting) y SS (Slow Setting) (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).
Las emulsiones de rotura rápida o rompimiento rápido (RS) se utilizan generalmente en el
tratamiento de superficies. Estas interactúan rápidamente con el agregado y revierten la emulsión.
Producen películas resistentes y tienen altas viscosidades para prevenir el escurrimiento y una vez
que se forme la capa, esta no se despegue con facilidad. Son utilizadas en rociado para bacheos,
sellos arenosos y tratamientos superficiales (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).
Las emulsiones de rotura media (MS) son diseñadas para mezclas con agregados en frío o en
10
caliente y para el tratamiento de superficies. Estas no se rompen inmediatamente en contacto con el
agregado, por lo tanto pueden ser elaboradas en una planta y la mezcla resultante se transporta al
lugar de la pavimentación (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).
Las emulsiones de rotura lenta o rompimiento lento (SS) son diseñadas para un tiempo máximo de
mezcla con los agregados. Tiene un amplio tiempo para su manipulación y asegura el cubrimiento
de grado denso y de agregados con altos contenidos de finos. Su aplicación se extiende desde la
pavimentación hasta otros usos industriales. La viscosidad de estas emulsiones es baja y puede ser
reducida aún más con la adición de agua. Si se quiere aumentar la velocidad del rompimiento se
puede adicionar otros agregados como cal hidratada durante la producción de la mezcla. Una
aplicación diferente a la pavimentación ha sido el tratamiento de los suelos que han sido sembrados
y fertilizados. El asfalto forma una película delgada que retiene las semillas en su lugar, absorbe y
conserva el calor solar requerido para la germinación (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).
Manufactura de las emulsiones
En general, se sigue un procedimiento estándar para la fabricación de las emulsiones asfálticas. Las
condiciones pueden cambiar de acuerdo con la naturaleza y el tipo de emulsión que se quiera
elaborar. A continuación se describe un proceso de forma genérica para crear una idea de cómo se
lleva el proceso. La Figura 2.3 es un esquema simplificado del mismo. El proceso de producción de
las emulsiones asfálticas se puede condensar en dos partes. Por un lado se encuentra la preparación
y acondicionamiento de la solución jabonosa y por otro la mezcla asfáltica, ambas, al pasar por el
molino coloidal, forman la emulsión (LANAME-UCR, 2012).
Dado que el molino debe acondicionarse y no puede haber un golpe térmico fuerte al mezclar los
componentes de la emulsión, la preparación de la solución jabonosa inicia con la adición de agua
caliente en un ámbito de 40 °C a 45 °C, se adiciona el emulsificante y se homogeniza la solución.
Luego se ajusta el pH con ácido o base de acuerdo con el tipo de emulsificante. En caso de
emplearse una sal como el cloruro de calcio o de sodio, se agrega antes del ácido y se homogeniza
tomando en cuenta la pureza de la sal (LANAME-UCR, 2012).
Una vez preparada la solución jabonosa se procede a preparar la mezcla asfáltica (85 % asfalto y
15 % bunker) en caso que se requiera mejorar el punto de penetración, algunas emulsiones no
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utilizan mezcla asfáltica, solo utilizan asfalto sin búnker. Se almacena a una temperatura entre
135 °C a 140 °C, a esta temperatura, se consigue una consistencia lo suficientemente líquida para su
adecuada manipulación y se evita su descomposición. Esta temperatura faculta que al mezclarse con
la solución jabonosa, la emulsión no supera los 85 °C, porque al después de los 100 °C el agua
contenida en la fase se evapora y acelera el proceso de rompimiento de la emulsión. Una vez
preparadas ambas partes, se introduce ambas corrientes lentamente al molino coloidal, en las
proporciones que la formulación indica para obtener la emulsión. Se deja en recirculación para
garantizar una completa y correcta emulsificación. Una vez preparada, se almacena en un tanque de
producto terminado, se espera un descenso de la temperatura a 80 °C y el almacenamiento se
efectúa entre los 40 °C y los 50 °C (LANAME-UCR, 2012).
Figura 2.3. Fabricación de una emulsión asfáltica en modo discontinuo
(AkzoNobel, SA).
Pruebas de calidad para las emulsiones asfálticas
Según Mercado, Bravo y Avendaño (2008), existen una serie de ensayos que se realizan sobre la
emulsión para determinar si se cumple con las especificaciones requeridas para un uso particular:
a. Determinación del pH: Permite verificar la acidez o la alcalinidad de la solución acuosa del
surfactante mediante un potenciómetro. En sí, el pH de la emulsión una vez conseguida, es
difícil de determinar.
12
b. Destilación (ASTM D 6997): Con esta prueba se determinan las proporciones de agua y de
resido asfáltico de la emulsión. El residuo asfáltico se utiliza posteriormente en las pruebas de
penetración, ductilidad y solubilidad.
c. Residuo por evaporación: El objetivo es determinar el residuo de las emulsiones asfálticas
mediante evaporación rápida. Sirve para determinar el contenido de asfalto en el menor tiempo
posible.
d. Asentamiento o estabilidad (ASTM D 6930-10): Se hace para obtener un índice de la
tendencia de las gotas de asfalto al sedimentarse durante el almacenamiento prolongado de la
emulsión. Se utilizan cilindros de 500 mL de capacidad con un tapón de corcho o de vidrio y se
deja durante cierto tiempo a temperatura ambiente. Transcurrido el tiempo, se destapa y se
toman 40 mL de la parte inferior y superior de cada uno y se examina el residuo asfáltico por
evaporación. El asentamiento se reporta como la diferencia de los promedios porcentuales de
asfalto de la parte superior e inferior. Generalmente el porcentaje máximo de almacenamiento
es de aproximadamente 5 %.
e. Carga eléctrica (ASTM D 244): Se usa para determinar si una emulsión es del tipo aniónica o
catiónica basándose en la carga eléctrica que poseen las gotas de asfalto en suspensión. El
experimento consiste en sumergir unos electrodos en una muestra de la emulsión y hacer pasar
una corriente durante cierto periodo de tiempo. Luego se examinan visualmente los electrodos y
se determina en cual hay mayor deposición de la emulsión. También se puede determinar el tipo
de la emulsión según la velocidad de rompimiento.
f. Diámetro de gota de la emulsión: Que es uno de los factores más influyentes tanto en la
viscosidad como en la estabilidad de la emulsión. Se puede determinar por microscopio,
reflectancia, turbidez, contadores y métodos que se basan en la difracción de la luz.
g. Viscosidad Saybolt Furol (ASTM-D88-07): Cuantifica la fluidez de la emulsión a temperatura
de estudio. Se lleva a cabo con un viscosímetro de Saybolt, el cual mide el tiempo en el cual la
muestra llena un matraz aforado de 60 cm3. El tiempo se utiliza como una característica del
rompimiento de la emulsión, rápido, medio o lento. Los resultados se reportan en segundo
Saybolt Furol y generalmente se trabaja a 50 °C.
h. Prueba de mallas (ASTM-D-6933-11): Determina la cantidad de partículas sólidas que se
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retienen en un tamiz al hacer pasar la emulsión a través de éste. Si la cantidad de partículas es
excesivo, puede causar problemas de manipulación y aplicación del material. Se utiliza un
tamiz 850 µm, dos balanzas y un horno.
i. Adhesividad: Se determina con el propósito determinar la facilidad con la cual la emulsión
puede recubrir completamente un material determinado (agregado), soportar una acción de
mezclado y resistir la acción del agua. Es muy útil en emulsiones de rompimiento lento y
rápido; al mismo tiempo que permite tener una medida de la estabilidad de la emulsión.
j. Índice de rotura: Mide la actividad de las una emulsión en presencia de materiales finos,
permite medir la velocidad de rotura en condiciones normalizadas. En determinada cantidad de
emulsión se introduce un relleno a cierta velocidad (g/s) y con una agitación constante para
asegurar la homogeneidad, éste se añade hasta la rotura de la emulsión y se expresa como una
relación entre la cantidad de relleno añadido y la cantidad de la emulsión ensayada.
k. Penetración (ASTM D 5): Se realiza al asfalto residual después de que se ha roto la emulsión y
se ha eliminado la fase acuosa. El procedimiento es similar al que se le aplica al asfalto solo
antes de ser emulsificado.
Manejo y almacenamiento de las emulsiones
Un manejo o almacenamiento inapropiado de la emulsión puede producir un rompimiento
prematuro y producir pérdidas, por lo tanto existen algunas reglas para asegurar resultados exitosos
(Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008):
a. Las emulsiones deben transportarse en el mismo equipo utilizado para el trasporte de
asfaltos líquidos, no se requieren tanque con serpentines para calentar, lo que disminuye los
costos energéticos.
b. La descarga del cisterna puede hacerse por gravedad o utilizando bombas con tolerancias
apropiadas que permitan el flujo adecuado del líquido.
c. El transporte debe hacerse en cisternas provistos de rompeolas para evitar la formación de
espuma.
d. El almacenamiento puede ser en tanque de eje horizontal.
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e. En general es recomendado los tanques verticales porque es menor el área expuesta de la
emulsión al aire.
f. Cuando se requiera almacenar por largos periodos de tiempo, se debe recircular con la
frecuencia requerida.
g. La salida de la emulsión debe ser del fondo del tanque para evitar la contaminación que se
haya formado.
h. Se deben evitar repetidos bombeos y reciclados.
i. La temperatura de almacenamiento debe estar entre los 10 °C y 85 °C, las emulsiones de
rotura rápida y alta viscosidad deben permanecer entre los 50 °C y 85 °C.
j. No se debe calentar la emulsión almacenada a temperaturas superiores a los 85 °C porque el
agua se evapora lo que trae como consecuencia un aumento de la viscosidad y la formación
de nata en la emulsión
k. Temperaturas por debajo de los 10 °C producen el rompimiento de la emulsión, separando
el agua, inutilizando la emulsión y dificultando la limpieza.
Aplicación de las emulsiones
La aplicación técnica de las emulsiones asfálticas también es una de las clasificaciones importantes
y son utilizadas tanto en la conservación como en la construcción de un pavimento. Entre los
tratamientos de superficie se tienen aplicaciones como: tratamientos superficiales, sellos de niebla,
sellos de lechada asfáltica, microcapas y la combinación de tratamientos superficiales con sellos de
lechada. Además la aplicación de asfaltos reciclados en: reciclado en frío, mejoramiento de base,
reciclado en caliente en el sitio y reciclado en caliente en planta. Otras aplicaciones son: la
estabilidad de suelos y bases, bacheo, riego de imprimación, riego de liga, sellado de grietas y como
impermeabilizante. En Cuadro 2.3 muestra el tipo de emulsión que puede ser utilizada según la
necesidad que se tenga (LANAME-UCR, 2012).
15
Cuadro 2.3. Técnicas de aplicaciones para cada tipo de emulsión asfáltica (LANAME-UCR, 2012)
Tipo de emulsión Aniónica Catiónica
Aplicación RS MS SS CRS CMS CSS CQS
Riegos de emulsión
Tratamientos superficiales (TS) ● ●
Sellos de niebla ● ● ● ● ●
Riego de liga ● ● ● ● ●
Riego de imprimación ● ● ●
Lechadas asfálticas
Sellos de lechada asfáltica ● ● ● ●
Microcapas (modificada con
polímero)
●
Combinación de TS + Sellos de
lechada asfáltica
● ●
Mezcla de planta
Granulometría abierta / semi-densa ● ●
Ganulometría densa ● ● ● ●
Reciclado en caliente (RAP) ● ● ●
Bacheo ● ●
Mezcla en el sitio
Reciclado en frío (RAP) ● ● ● ●
Estabilización de bases ● ●
Granulometría densa ● ● ●
Bacheo ● ●
Nota: RS: Rapid Setting (Rompimiento Rápido). MS: Medium Setting (Rompimiento Medio). SS: Slow
Setting (Rompimiento Lento). QS: Quick Setting (Rompimiento instantáneo). La C antes de cualquiera
de las anteriores se refiere a Cationic (Catiónica)
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3. Descripción del proceso productivo de las emulsiones
asfálticas y el problema en su elaboración
Se realizó una visita al departamento de producción de emulsiones, en donde se consultó acerca la
metodología llevada a cabo para la preparación de las mismas en RECOPE S.A. A continuación se
resume dicho proceso.
Dosificación para la preparación de emulsiones asfálticas en RECOPE S.A.
En general, se sigue la fórmula citada a continuación para la elaboración de las emulsiones
asfálticas; sin embargo, la misma se puede modificar ligeramente con base en las variaciones del
mismo proceso productivo, ya que es un proceso en línea, donde la dosificación depende del ajuste
de válvulas a la hora de elaborar la emulsión y cuya composición se verifica en un análisis de
asfalto residual por parte del laboratorio de control de la calidad. El Cuadro 3.1 muestra la
composición más utilizada.
Cuadro 3.1. Formulación de la emulsión asfáltica de rompimiento lento
Componente Porcentaje másico
Asfalto 65 %
Agua 33 %
Emulsificante REDICOTE E-4868 2 %
Ácido clorhídrico (32 % m/m) hasta alcanzar pH=1,90
Cuando se adiciona el cloruro de calcio, este se adiciona como un porcentaje másico sobre el total
de la masa de la emulsión resultante. El cloruro de calcio utilizado presenta una pureza del 78 %. En
este caso no se utiliza mezcla asfáltica, solamente se utiliza asfalto sin búnker contrario a las
emulsiones catiónicas de rompimiento rápido.
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Emulsificante REDICOTE E-4868
Es un emulsificante para emulsiones catiónicas de rompimiento lento. Provee un tiempo extenso de
trabajo para mezclas densas a base de agregados finos, pavimentos o sólidos. Las emulsiones
pueden ser combinadas con cementos para lograr dureza y resistencia al agua. Las emulsiones
preparadas con este emulsificante proveen de un tiempo de mezcla adecuado con los agregados más
complicados y a altas temperaturas sin la necesidad de agregar aditivos. Además, no posee
compuestos inflamables, no se separa durante el almacenaje y se disuelve fácilmente en la mezcla
jabonosa. El Cuadro 3.2 muestra algunas propiedades del emulsificante. El fabricante del
emulsificante aconseja mantener en un pH de 1,7 a 2,5 en la solución jabonosa. Para ello se usa
ácido clorhídrico de al menos un 35 % en concentración.
Cuadro 3.2. Propiedades físicas del emulsificante REDICOTE-E4868.
Propiedad Resultado
Aspecto a 25 °C Líquido viscoso y oscuro
Flash point >100 °C
Viscosidad a 20 °C 1900 mPa·s
Densidad a 20 °C 1,10 g/cm3
Descripción del proceso y condiciones de operación.
El proceso de producción de emulsiones asfálticas se resume en dos partes. Por un lado la
preparación de la solución jabonosa y por el otro la mezcla asfáltica. Ya que juntas son las que
forman la emulsión.
La preparación de la solución jabonosa, inicia con la adición de agua caliente en un ámbito entre los
40 °C y 45 ° C, se adiciona el emulsificante, en este caso REDICOTE-E4868 y se homogeniza la
solución. Por último, con ácido clorhídrico se ajusta a un pH de 1,9. En caso de emplearse cloruro
de calcio, se adiciona antes de agregar el ácido y se homogeniza, con el cuidado de considerar la
pureza del mismo.
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Una vez preparada esta solución se procede a llevar el asfalto a una temperatura en un rango entre
los 135 °C y 140 °C, debido a que a esas condiciones se encuentra lo suficientemente caliente para
ser un líquido y penetrable durante su emulsificación, además a esas temperaturas no se
descompone ni se ve afectada la emulsión.
Una vez preparado el tanque con solución jabonosa y el tanque con mezcla asfáltica, se inyectan
ambas corrientes lentamente al molino coloidal, en las proporciones que la fórmula indica,
obteniéndose la emulsión. Se deja en recirculación para garantizar una completa y correcta
emulsificación. Una vez preparada la emulsión se almacena en un tanque de producto terminado, se
espera que la temperatura de la emulsión ronde los 80 °C aproximadamente, su almacenamiento se
lleva a cabo a una temperatura entre los 40 °C y 50 °C.
Descripción del problema
Entre los parámetros que se tienen en las emulsiones asfálticas, es importante destacar la viscosidad
y la estabilidad que tienen éstas. La estabilidad se le asocia a una serie de fuerzas intermoleculares
de atracción y repulsión dentro de la mezcla. La viscosidad deseada también va a depender del
contenido de gotas dispersas en la emulsión, ya que ésta va a afectar la fluidez que pueda tener el
producto. Otro factor que se puede ver afectado es el contenido de sólidos retenidos, que a la vez
afectan la estabilidad de las emulsiones y la viscosidad de una manera indirecta. Por lo tanto, a la
hora de llevar a cabo la preparación de una emulsión es importante tener en cuenta que no vayan
sustancias extrañas, como sales que puedan afectar la futura estabilidad y viscosidad de la emulsión,
ocasionando problemas durante su empleo y en la calidad que obtiene el consumidor del producto
en cuestión (Furlong, James, Kalinowski, & Thopson, 1999).
Actualmente se ha determinado un contenido de sales alto en algunos lotes de asfalto que recibe la
empresa RECOPE S.A. Las sales son sustancias higroscópicas: al encontrarse en una posible
emulsión o bien en el asfalto podrían ocasionar la ósmosis de la fase acuosa dentro de la mezcla y
con ello se vería afectada la viscosidad y estabilidad de las emulsiones.
El problema mencionado anteriormente en RECOPE S.A. se trata de momento a prueba y error con
cloruro de calcio (CaCl2). Para agregarlo, se hacen análisis de control de calidad en viscosidad
posteriores al tratamiento con la sal. En caso de que aún no se cumpla con el parámetro se recircula
20
para agregar más aditivo hasta cumplir con lo deseado. Esta técnica resulta poco provechosa ya que
se desperdicia energía y tiempo. Es por ello que se llevó a cabo el presente proyecto, en donde se
analizó el efecto de agregar cloruro de calcio en las emulsiones, con el fin de obtener una
correlación o tabla que permita, a partir del contenido de sales, saber cuánto aditivo agregar.
Utilizando una prueba estadística que respalde que los datos obtenidos son de confianza. Este
análisis aumentaría la practicidad de este proceso en la empresa, ya que le ahorraría tiempo y
energía durante su operación. Además se pretende investigar si existen otras alternativas con el fin
de brindar sugerencias a alguna futura mejora y así optimizar el proceso en cuestión.
21
4. Metodología
Se planteó un diseño experimental para resolver el problema. En el mismo, se planteó la
preparación de emulsiones variando el contenido de cloruros en el asfalto mediante la adición de
NaCl, con el fin de determinar la cantidad de CaCl2 que se debe de agregar en la mezcla jabonosa a
fin de mantener dentro de los límites de especificación las emulsiones resultantes. Nótese que lo que
se está variando es el contenido de cloruros y se miden como variables de respuesta la viscosidad y
la estabilidad (ASTM-D7496-11 y ASTM-D6930-10 respectivamente). Para el desarrollo
experimental se plantearon varias etapas, las cuales se indican a continuación:
Análisis del proceso normal de producción
Esta etapa del desarrollo experimental se realizó por medio de la investigación bibliográfica y una
reunión con el encargado de la planta de emulsiones asfálticas. En ella, se planteó la formulación
típica para la elaboración de la emulsión de rompimiento lento CSS-1h, con sus tres componentes
principales a saber: asfalto, agua y emulsificante; además se fijó el pH de la solución jabonosa a
preparar. Esta formulación se definió en la sección de la descripción del proceso productivo.
Definición de los parámetros de operación y preparación de las muestras
En esta etapa se definieron las variables a estudiar. Como variables independientes de estímulo se
plantea la concentración de cloruros en el asfalto, los cuales se estudiaron en 7 niveles: 80 mg/kg,
100 mg/kg, 150 mg/kg, 200 mg/kg, 300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg. Dichos niveles se lograron
por medio de la adición de NaCl al asfalto. Otra variable independiente de estímulo es el porcentaje
másico de CaCl2 que se utiliza como aditivo en la mezcla jabonosa cuando se prepara la emulsión;
en este caso fueron estudiados cuatro niveles: 0,00 %, 0,05 %, 0,10 % y 0,15 %. Como variables de
respuesta se miden la viscosidad y la estabilidad de las emulsiones preparadas. En el caso de la
viscosidad, según el RTCA los valores permitidos para venta se encuentran entre 20 SSF y 100 SSF
(Segundos Saybolt Furol). Mientras que para la prueba de estabilidad se permite como máximo una
diferencia de 1,00 % en la masa de los residuos del tope y el fondo para poder comercializar la
misma. La descripción del proceso y las condiciones de operación fueron citadas en la sección de la
descripción del proceso productivo de RECOPE S.A.
22
Caracterización de las materias primas de partida y verificación de los métodos de
medición de cloruros y el enriquecimiento de las muestras
Primeramente, fue importante determinar la cantidad de cloruros en el lote de asfalto que se
utilizaría en la formulación de las emulsiones. Este paso fue el punto de partida para el posterior
enriquecimiento del asfalto que se utilizó en la preparación de las emulsiones. Esta determinación
se realizó tomando tres muestras de aproximadamente un galón del tanque de almacenamiento
principal de asfalto (sin ninguna mezcla porcentual con búnker) de RECOPE. La metodología para
el análisis del contenido de cloruros se describe en el Anexo 2 “Metodología estándar para medir
sales en crudos (método potenciométrico)” que se ubica al final de este documento. Una vez
determinado el contenido de cloruros se procedió a hacer el muestreo respectivo, verificando de
nuevo el contenido de sales en el asfalto muestreado. En el análisis se observa que el menor
contenido de cloruros hallado fue de 80 mg/kg, por ello es que se toma como base ese valor. Se
procede a enriquecer las muestras a los niveles de concentración de cloruro antes mencionados y se
tomaron muestras de estos últimos y se midió el contenido de sales para verificar la efectividad del
proceso de enriquecimiento.
Determinación de los niveles que ocasionan problemas
Posteriormente, se buscó la concentración de cloruros en el asfalto que generó problemas, es decir,
el contenido de cloruros que hacen que la viscosidad o la estabilidad de la emulsión se salgan de los
parámetros permitidos para su venta según el RTCA. Por lo tanto se llevaron a cabo corridas a
80 mg/kg, 100 mg/kg, 150 mg/kg, 200 mg/kg, 300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg de Cl-.
Se midieron como variables de respuesta en dicho experimento la viscosidad y estabilidad. Se
recuerda que en esta etapa, no se utilizó cloruro de calcio en la mezcla jabonosa, pues se desea
encontrar el punto en el cual los cloruros representan un problema en la elaboración de la emulsión.
En el Cuadro 4.1 se muestra un formato a llenar donde se cumplen los niveles planteados. Es
importante mencionar que cada determinación se realizó por duplicado y además, en el caso de la
estabilidad cada réplica consta de la colocación de dos tubos de prueba, esto para poder abarcar los
efectos adversos que tiene esta determinación, que en gran medida depende de las condiciones
ambientales y la habilidad del experimentador.
23
Cuadro 4.1. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones sin tratamiento a las sales
provenientes del asfalto
Contenido de cloruro
(mg/kg)
Viscosidad (μSSF) Estabilidad (%)
Réplica 1 Réplica 2 Réplica 1 Réplica 2
80 X X X X X X
100 X X X X X X
150 X X X X X X
200 X X X X X X
300 X X X X X X
400 X X X X X X
500 X X X X X X
En el caso de la viscosidad, se realizó también un análisis de su comportamiento a través del
tiempo, como una necesidad de analizar el estado de la emulsión durante su almacenamiento. Este
análisis se hizo en un periodo no superior a 22 d, tiempo en el cual se considera que la emulsión
preparada ya fue vendida. Es un periodo que se considera suficiente ya que el almacenamiento de la
emulsión no se da por tiempos prolongados.
Determinación de los niveles de CaCl2 a añadir
Una vez realizada la etapa anterior se aplicó el tratamiento con CaCl2. Para ello se varió el
porcentaje de cloruro de calcio adicionado mediante una recirculación de la emulsión y luego se
vuelven a medir las variables de respuesta con fin de ver cuál contenido de aditivo da los resultados
deseados.
Se escogieron cuatro niveles fijados uniformemente y dentro del intervalo normal de adición de este
tipo de aditivos para la industria y a partir del valor que da problemas en la viscosidad o la
estabilidad para diferentes contenidos de CaCl2. Se adicionó desde un 0,00 % hasta un 0,15 %. Es
decir, en esta etapa, se prepararon tres emulsiones cada una con 0,05 %, 0,10 % y 0,15 % para cada
uno de los siete niveles de cloruros adicionados al asfalto para preparar la emulsión. En este caso
cada ensayo se hizo por duplicado con la consideración en el caso de la estabilidad en el cual cada
ensayo consta la colocación de dos tubos de prueba. En el Cuadro 4.2 se muestra un formato de la
cantidad de tratamientos y réplicas realizadas para esta etapa.
24
Cuadro 4.2. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones con tratamiento de CaCl2
Contenido
de cloruros
(mg/kg)
0,05 % CaCl2 0,10 % CaCl2 0,15 % CaCl2
Viscosidad
μSSF (s)
Estabilidad
(%)
Viscosidad
μSSF (s)
Estabilidad
(%)
Viscosidad
μSSF (s)
Estabilidad
(%)
Réplica 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
80 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
100 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
150 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
200 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
300 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
400 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
500 X X X X X X X X X X X X X X X X X X
En el caso de la viscosidad, también se analizó el comportamiento de la emulsión con el tiempo,
midiendo la viscosidad de cada emulsión cada ocho días aproximadamente. Es de esperar que esta
se mantenga constante durante algún tiempo.
Como se puede observar en los Cuadros 4.1 y 4.2, el análisis completo consta de la elaboración de
56 ensayos diferentes con 28 diferentes tipos de emulsiones o tratamientos. Con esta información se
espera describir cuanto se debe agregar aproximadamente de CaCl2 de acuerdo al contenido de
cloruros en la materia prima, evitando recirculaciones de producto que implican un consumo
energético y de tiempo para la empresa.
Medición de la estabilidad de las emulsiones asfálticas
Para la medición de la estabilidad, se utiliza la norma ASTM-D6930-10. La misma exige que antes
de aplicar el procedimiento se debe asegurar la homogeneidad de las muestras, si la emulsión
asfáltica opera a 50 °C, entonces se debe calentar a (50 ± 3) °C, liberar la presión y agitar bien. Si es
del tipo 25 °C, se realiza el procedimiento análogo pero calentando a (25 ± 3) °C (ASTM, 2010). El
equipo que se requiere es el siguiente:
a. Un cilindro de 500 mL con un diámetro de (50 ± 3) mm
b. Una pipeta de vidrio de 50,00 mL
c. Sistema de soporte para un peso de 0,1 g a 1000 g
d. 2 “beakers” metálicos o de vidrio de 1000 mL
25
e. 2 varillas de agitación con extremos redondeados de vidrio o metálicas.
f. Horno capaz de alcanzar una temperatura de (163 ± 3) °C
Una vez concluida la etapa de preparación se deja enfriar la muestra homogenizada a una
temperatura de 22 °C a 28 °C, se coloca la muestra en el cilindro de 500 mL. Si se desea medir
estabilidad dejarla reposar por 24 h. Si la prueba es de asentamiento se deja reposar por 5 d. Al
concluir el periodo de tiempo se toma 55 mL del tope, se separan los siguientes 390 mL del cilindro,
se agita el fondo y se toman 55 mL, en ambos casos con ayuda de la pipeta. Se colocan las muestras
en beakers rotulados (A para el del tope, B para el fondo) de vidrio o de metal de 1000 mL. Con
agitadores previamente pesados, se incorporan (50,0 ± 0,1) g de cada una de las muestras según
corresponda. Se precalienta el horno a (163 ± 3) °C. Una vez alcanzada la temperatura se calientan
las muestras por dos horas. Se retiran los beakers del horno, se agitan bien y se vuelven a calentar
por una hora más. Finalmente se retiran los beakers del horno, se deja que alcancen temperatura
ambiente y se mide la masa de la muestra, la del beaker y el agitador respectivo (ASTM, 2010).
Para reportar la estabilidad o el asentamiento se utilizan las ecuaciones 3 y 4 respectivamente:
Estabilidad (%) = B – A (3)
Asentamiento (%) = B – A (4)
Donde,
A = porcentaje de residuo en el tope (%).
B = porcentaje de residuo en el fondo (%.)
Medición de la viscosidad de las emulsiones asfálticas
Esta norma es específica para medir la viscosidad de les emulsiones asfálticas descritas en D-88-07
y D-7496-11. Se utiliza un viscosímetro de Saybolt. La importancia de la cuantificación de este
parámetro es que puede afectar mucho el uso que se le dé a la emulsión. Antes de proceder, toda
emulsión debe ser agitada correctamente con el fin de garantizar la homogeneidad de las muestras.
Las mismas deben ser calentadas a (50 ± 3) °C ó a (25 ± 3) °C según sea el caso (ASTM, 2011). El
equipo necesario es el siguiente:
26
a. Viscosímetro de Saybolt.
b. Un tamiz de 850 μm.
c. Un termómetro para las mediciones a 25 °C y un termómetro para las estimaciones a 50 °C.
d. Baño de agua u horno capaz de mantener la temperatura durante la prueba.
e. Matraz receptor.
Se pueden utilizar dos procedimientos distintos para ambas naturalezas de las emulsiones (ASTM,
2011).
Procedimiento 1:
1. Si la temperatura es inferior a (50 ± 3) °C, se procede a ajustar con un baño maría u horno y se
agita muy bien la muestra.
2. Se introduce la muestra en el viscosímetro de Saybolt pasándolo por el tamiz de tamaño 20 o
bien 850 μm.
3. Se sostiene en forma vertical y se agita circularmente a 60 min-1, esto último con ayuda del
dispositivo termométrico, evitando la formación de burbujas para que la temperatura se
distribuya de manera uniforme.
4. Se ajusta la temperatura del baño hasta que la de la emulsión no varíe de 50 °C por al menos un
minuto.
5. Se retira rápidamente el asfalto emulsionado que está en exceso y se mide la viscosidad con el
método descrito en la norma ASTM D88.
Procedimiento 2:
1. Se vierte en una botella al menos 120 mL de asfalto emulsionado, y se coloca en un baño a 50 °C
durante treinta minutos.
2. Se agita la muestra bien por inversión varias veces y lentamente para que no se dé la formación
de burbujas.
27
3. Se coloca la muestra en el viscosímetro haciendo pasar esta por un tamiz de tamaño de 850 µm.
4. Se ajusta la temperatura del baño hasta que la de la emulsión no varíe de 50 °C por al menos
1 min.
5. Se retira rápidamente el asfalto emulsionado que está en exceso y se mide la viscosidad con el
método descrito en la norma ASTM D88.
La norma ASTM-D88-07, se aplica para la medición de viscosidad en productos derivados del
petróleo en un rango de temperaturas entre 21 °C y 99 °C. Si el producto es ceroso hay una
metodología aparte para ello (ASTM, 2007). Se mide el flujo de salida en segundos de 60 mL de
muestra, a través de un orificio debidamente calibrado a condiciones controladas. El tiempo se
corrige con un factor y se procede a reportar la viscosidad de la muestra a esa temperatura.
Es apto calibrar el viscosímetro cada cierto tiempo, midiendo el flujo de salida a 37,8 °C de un
fluido estandarizado. Con ello se obtiene el valor del factor de corrección k, mostrado en la
ecuación 5:
k = μ
P.SSF
μs
(5)
Donde, k: Factor de corrección (1/s)
μP.SSF
: Viscosidad estándar certificada (s)
μs: tiempo del flujo de salida; s.
Este se aplica solo si la viscosidad en tiempo varía más de un 0,2 % del valor estandarizado. Luego
se calibra para 50 °C usando un aceite estándar con un tiempo mínimo del flujo de salida de 90 s.
Procedimiento para la medición de la viscosidad:
1. Establecer la temperatura de un baño y controlarla. Los estándares universales de temperatura
son a 21,2 °C; 37,8 °C; 50,0 °C y 98,9 °C. Los estándares de temperatura para furoles son 25 °C;
37,8 °C; 50,0 °C y 98,9 °C.
2. Se inserta un tapón el cuál es de fácil retiro en la cámara de la parte superior del viscosímetro,
28
asegurándose que este se ajuste de modo que no se permita el escape de aire. Si el Flash point de
la muestra es menor a 28 °C, no se precalienta, refiérase a la norma D-93.
3. Se agita muy bien la muestra, se coloca un filtro de 150 μm y se coloca la muestra en el
viscosímetro hasta que sobrepase la marca de rebalse.
4. Para mezclas cerosas, se precalienta a 50 °C en su recipiente original, se coloca en un
erlenmeyer cerca de 100 mL de la muestra y se coloca por un lapso de treinta minutos en agua
hirviendo, con un tapón en la parte superior.
5. Se seca bien el exterior y se filtra a un tamaño de 75 μm.
6. Se agita la muestra en el viscosímetro bien y se coloca en el sistema de giro entre 30 min-1
50 min-1 con el termómetro debidamente posicionado. Cuando se mantiene constante en un
rango de 0,03 °C por al menos un minuto se retira el termómetro.
7. Inmediatamente se coloca la punta del tubo de extracción, se aplica vacío para eliminar aceite
hasta que se encuentre por debajo del nivel de rebose, o bien que no lo toque.
8. Se revisa que el matraz para recolectar esté debidamente colocado, se encaja el corcho del
viscosímetro utilizando una cuerda atada y se inicia el temporizador en el mismo instante. Se
detiene el tiempo hasta que el menisco marque la marca de aforo en el matraz de recepción. Se
registra el valor lo más cercano a 0,1 s y se realiza la conversión utilizando el factor de
corrección.
29
5. Análisis de resultados
Determinación de cloruros en el asfalto que se emplea como materia prima
Como primera parte del análisis de resultados se encuentra la determinación de la cantidad de
cloruros en el asfalto que fue utilizado para la elaboración de las emulsiones asfálticas. Dicha
determinación se realizó por medio de una extracción que está explicada en el Anexo 2. Luego de la
extracción de las sales con agua, se toma una alícuota de 10,00 mL y se valora
potenciométricamente con nitrato de plata. La valoración potenciométrica hace que los cloruros
disueltos en la solución a valorar precipiten como cloruro de plata y de esta manera quedan
eliminados del medio acuoso. Como resultado se da una respuesta en el potencial de la solución
porque se van eliminando los cloruros disueltos en la misma y como resultado una disminución en
la capacidad de la solución valorada para conducir la electricidad.
Como se puede observar en la Figura 5.1, se realizaron cinco réplicas de esa valoración para el
asfalto muestreado del tanque 112 (T-112) de RECOPE S.A en el plantel El Alto el 20 de noviembre
del 2015. Se observa en las distintas réplicas, que el cambio brusco de voltaje con respecto al
volumen adicionado se da entre los 0,30 mL a 0,40 mL del valorante agregado. Sin embargo, la
determinación por este método resulta difícil y por ello se utilizan los gráficos de la primera
derivada contra el volumen promedio, que se encuentran en la Figura 5.2. En todas se observa que
el pico máximo se ubica cerca de los 0,38 mL. Tal valor se utiliza para calcular el contenido de
cloruros en mg/kg (partes por mil) dando como resultado un promedio de aproximadamente
80 mg/kg. Esto mismo sucede con la determinación de la concentración de cloruros en el asfalto
para el segundo lote de muestreo.
Se han encontrado estudios para los cuales la cantidad de cloruros en el asfalto es menor al
encontrado en este proyecto (Furlong, James, Kalinowski, & Thopson, 1999) donde el desarrollo
experimental parte de las 50 mg/kg hasta las 550 mg/kg. Sin embargo, en la primera etapa de la
experimentación se inició con niveles inferiores a 200 mg/kg de que se notarían cambios
significativos por debajo de ese valor.
30
Réplica 1
Réplica 2
Réplica 3
Réplica 4
Réplica 5
Figura 5.1. Valoración potenciométrica para determinar el contenido de cloruros en el asfalto del T-
112 muestreado el 20/10/15.
-80,0
-60,0
-40,0
-20,0
0,0
20,0
40,0
60,0
0,00 0,50 1,00
Dif
eren
cia
de
po
ten
cia
l
V/(
mV
)
vAgNO3 (mL)-80,0
-60,0
-40,0
-20,0
0,0
20,0
40,0
60,0
0,00 0,50 1,00
Dif
eren
cia
de
po
ten
cia
l
V/(
mV
)
vAgNO3 (mL)
-60,0
-40,0
-20,0
0,0
20,0
40,0
0,00 0,50 1,00
Dif
eren
cia
de
po
ten
cia
l
V/(
mV
)
vAgNO3 (mL) -80,0
-60,0
-40,0
-20,0
0,0
20,0
40,0
0,00 0,50 1,00
Dif
eren
cia
de
po
ten
cia
l
V/(
mV
)
vAgNO3 (mL)
-80,0
-60,0
-40,0
-20,0
0,0
20,0
40,0
60,0
0,00 0,50 1,00
Dif
eren
cia
de
po
ten
cia
l
V/(
mV
)
vAgNO3 (mL)
31
Réplica 1
Réplica 2
Réplica 3
Réplica 4
Réplica 5
Figura 5.2. Primera derivada para determinar el contenido de cloruros en el asfalto del T-112
muestreado el 20/10/15.
-100,0
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
ΔV
/Δv
(mV
/mL
)
vprom (mL)-100,0
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
ΔV
/Δv
(mV
/mL
)
vprom (mL)
-100,0
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
ΔV
/Δv
(mV
/mL
)
vprom (mL)-100,0
-50,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
ΔV
/Δv
(mV
/mL
)
vprom (mL)
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
ΔV
/Δv
(mV
/mL
)
vprom (mL)
32
Sin embargo, se notó que el efecto de los cloruros en estos cuatro primeros niveles (80 mg/kg,
100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg) no daban como resultado una no conformidad en los
parámetros considerados como aceptables para la venta de la emulsión y por lo tanto se toman como
los valores más bajos del diseño experimental y a partir de ellos se analizaron valores más altos de
concentración de cloruros en el asfalto para proseguir con la experimentación.
Los niveles posteriores (300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg) se muestrean de un asfalto diferente,
cuyo lote llegó a la empresa unos meses después. Se procede a realizar el análisis de cloruros de
igual manera y se hallan resultados similares. En este punto puede existir un inconveniente por
cambiar de lote de asfalto para realizar un experimento que no bloquea el efecto del lote. Sin
embargo, lo que se analiza es la cantidad de cloruros que afectan a la hora de preparar la emulsión
no así los otros componentes del asfalto.
Se debe recordar que en sí, el asfalto es una mezcla compleja y en este experimento sólo se analizó
el efecto de uno de sus componentes: el cloruro. Esto a pesar de que en un inicio se ha explicado
que son las sales las que pueden generar un efecto de ósmosis que altere las propiedades de la
emulsión. Al llevar a cabo la determinación de cloruros se deja por fuera el análisis de otros aniones
como los sulfatos, fosfatos u otros halogenuros.
Un punto muy importante a considerar, es que los lotes de asfalto almacenados por RECOPE S.A.
pueden no ser completamente homogéneos debido a la alta viscosidad del producto. Esto sumado a
la baja afinidad de las sales con una fase de naturaleza orgánica hace que al efectuar un
enriquecimiento del asfalto para lograr una concentración deseada de cloruros sea una tarea difícil.
En la Figura 5.3 se compara el valor nominal de enriquecimiento con cloruros, es decir, el que
debería lograrse con un enriquecimiento; comparado con el valor obtenido después del
enriquecimiento mediante el análisis químico por medio de la extracción y la posterior valoración
potenciométrica con nitrato de plata. El comportamiento esperado sería el de una línea recta
perfecta como la que se muestra en naranja (cuadros pequeños) en la misma figura, no obstante los
valores medidos siempre son menores a los esperados. Pese a las limitaciones experimentales, se
observa un comportamiento casi lineal en el enriquecimiento (línea punteada).
33
Figura 5.3. Comparación entre el valor nominal de enriquecimiento y el obtenido mediante
valoración potenciométrica.
Como se mencionó, para todos los valores nominales, se obtienen concentraciones medidas por
debajo de lo esperado. Los motivos de esta desviación pueden ser la poca afinidad de los asfaltenos
y otra materia orgánica hacia la sal común, los cambios de temperatura en el medio, el tamaño de
los cristales de cloruro de sodio que son adicionados, aunque fueron triturados siguen siendo de
tamaño considerable, y el método que se empleó para la incorporación de cloruro de sodio al medio.
En todo caso, durante la preparación de las emulsiones se tiene la garantía que toda la sal que fue
añadida al asfalto para su enriquecimiento ha pasado a la emulsión, pues para la preparación se
usaron volúmenes pequeños de muestras completas. Como se señaló, las mismas limitaciones que
se presentan en la realización de este experimento, son parte del día a día en la producción a gran
escala de las emulsiones asfálticas. En la Figura 5.3 se observa una relación creciente de la sal
medida con respecto a la adicionada, esto quiere decir que en cierto valor todavía no se ha
alcanzado la saturación.
0
100
200
300
400
500
600
0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0
Va
lor
no
min
al
de
clo
ruro
s (m
g/k
g)
Cloruros medidos (mg/kg)
Comportamiento actual
Comportamiento esperado
Lineal (Comportamiento actual)
Comportamiento real
Lineal (Comportamiento real)
34
Determinación del efecto del enriquecimiento con cloruro de sodio al asfalto sobre la
viscosidad y la estabilidad de la emulsión sin utilizar como aditivo CaCl2
Una vez realizado el análisis de la concentración inicial de cloruros en el asfalto se procede a
analizar el efecto del enriquecimiento con cloruro de sodio en el mismo, que será utilizado para
preparar las emulsiones de rompimiento lento (en este punto no se ha adicionado cloruro de calcio
en la mezcla jabonosa). Como se observa en la Figura 5.4, conforme aumenta la concentración de
cloruros en el asfalto por adición de cloruro de sodio, comienza a elevarse el valor de la viscosidad
de la emulsión preparada. Esta medición de la viscosidad se realiza inmediatamente después de
preparada la emulsión, es decir, en el día cero. Según la figura, existe un efecto adverso en la
viscosidad que hace que al enriquecer el asfalto a aproximadamente a los 400 mg/kg de cloruros,
ésta se salga de especificación. Sin embargo; el ascenso de la viscosidad como respuesta a la
concentración de cloruros no es tan abrupto y encontrar asfalto con una concentración de cloruros
superior a las 400 mg/kg no es común.
Figura 5.4. Viscosidad en función de la concentración de cloruro en el asfalto utilizado para
elaborar la emulsión sin usar CaCl2.
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500
Vis
cosi
da
d d
e la
em
uls
ión
μS
FS
(s)
Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg)
35
Es importante analizar también el comportamiento de la viscosidad de estas emulsiones con el
transcurso del tiempo, esto se observa en la Figura 5.5. Este análisis ayuda a tener una idea de las
variaciones en la calidad de la emulsión con el almacenamiento. Por lo general, las emulsiones no
son almacenadas por un periodo largo de tiempo. Frecuentemente, su elaboración sigue de la venta
inmediata y por lo tanto su estadía en tanques es relativamente corta. Las emulsiones que han estado
almacenadas por un tiempo considerable son agitadas mecánicamente por medio de la recirculación
al tanque utilizando una bomba, de manera que la emulsión pueda ser utilizada nuevamente; sin
embargo, este tratamiento debe aplicarse cuidadosamente porque consigue niveles aceptables de
viscosidad, pero puede generar grumos en la emulsión que disminuyen su calidad para la venta. En
el muestreo a pequeña escala, con el pasar de los días la emulsión se asienta y para medir su
viscosidad ésta se agita mecánicamente para lograr unificar adecuadamente sus componentes.
Figura 5.5. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando no se les
ha agregado CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa.
Como se observa en la figura al pasar de los días existe una tendencia de la viscosidad a aumentar
en todos los casos. Las emulsiones con concentraciones de 400 mg/kg a 500 mg/kg de cloruro en el
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30
Vis
cosi
da
d μ
SF
S(s
)
Días
80 mg/kg
100 mg/kg
150 mg/kg
200 mg/kg
300 mg/kg
400 mg/kg
500 mg/kg
Límite superior
Límite inferior
36
asfalto salen de especificación prácticamente en el primer día. Mientras que las otras no salen de
especificación incluso entre los días veinte y veinticinco, que sirvieron como límite al análisis por
considerarse que la emulsión no pasa tanto tiempo almacenada.
La irregularidad de algunas curvas representa los cambios en las características de la emulsión
asfáltica como la separación de sus componentes, la problemática de lograr la homogeneización de
la misma por simple agitación antes de medir la viscosidad y los cambios que la afectan en su
composición con el paso del tiempo, esto incluyendo los cambios ambientales de temperatura entre
distintos días mientras la viscosidad fue medida y el cambio de temperatura entre el día y la noche
en días consecutivos.
Otro parámetro importante es la medición de la estabilidad. Esta prueba analiza la homogeneidad de
la emulsión en un periodo de veinticuatro horas. Mide exactamente la distribución o la razón de
asfalto y agua en la parte superior e inferior de un tubo de 50 cm de alto al pasar el tiempo antes
mencionado. Los resultados obtenidos, serán un indicativo del mantenimiento del efecto
emulsificante necesario para conservar la emulsión que está determinado por las variaciones de la
temperatura ambiental, la cantidad de emulsificante y la eficiencia del mismo, la composición del
asfalto y la mezcla jabonosa, así como las variables involucradas en la elaboración de la emulsión
como la temperatura inicial del asfalto y la mezcla jabonosa, la velocidad a la cual los componentes
son mezclados, la presencia de impurezas, la eficiencia del molino coloidal, la capacidad del
operario, entre otras.
Como se puede observar en la Figura 5.6, al aumentar la concentración de cloruros en el asfalto la
emulsión rápidamente se sale de especificación, que para esta prueba consta de una diferencia del
1,00 % en el porcentaje de los residuos del tope y del fondo de cada tubo. En el paso de 80 mg/kg a
100 mg/kg, la emulsión se sale de los parámetros establecidos como aceptables para su venta. Es
importante mencionar que la concentración mínima de cloruros en el asfalto en este análisis
(80 mg/kg) es como consecuencia de la incorporación natural o prolongada de cloruros en el asfalto
que se da a la hora de la extracción del petróleo, por la exposición a agua salada o como
consecuencia del proceso de la refinación del petróleo que genera que en las últimas fracciones, que
incluyen el asfalto, queden acumuladas la mayor cantidad de compuestos no volátiles como las
sales.
37
Figura 5.6. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros sin agregar CaCl2 en
la mezcla jabonosa.
Para descartar si la adición manual por medio de la agitación mecánica puede ocasionar un efecto
significativo cuando se elabora la emulsión proveyéndola de menor estabilidad y haciendo que ésta
se salga de especificación rápidamente causando el salto tan abrupto que se observa en el gráfico
anterior, se puede proceder en el futuro a un análisis experimental que maneje como hipótesis dicha
condición.
Determinación del efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la
estabilidad
Una vez realizado el análisis sin la utilización del aditivo, se procede a preparar las emulsiones a
diferentes concentraciones de cloruro en el asfalto con diferentes concentraciones del aditivo
(cloruro de calcio) en la mezcla jabonosa. Los porcentajes masa-masa de cloruro de calcio utilizado
son 0,00 %, 0,05 %, 0,10 % y 0,15 % y se definen con base en la experiencia en planta de producto
negro y fichas técnicas. Las Figuras 5.8, 5.9 y 5.10 muestran el comportamiento de las emulsiones
con el tiempo. Utilizando los primeros puntos (en el día cero) se puede hacer una comparación con
la Figura 5.4, representada con una línea amarrilla con rombos en la Figura 5.7 en donde ninguna
emulsión sale de especificación en su día de fabricación, ya cuando se usa el aditivo. Esto es muy
importante porque es una de las variables de respuesta que se controlan con mayor cuidado en el
tiempo que toma la elaboración de la emulsión a escala productiva.
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
0 100 200 300 400 500
Est
ab
ilid
ad
(%
)
Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg)
38
Figura 5.7. Viscosidad en función de la concentración de cloruro utilizado para elaborar la
emulsión con diferentes contenidos de CaCl2 (%).
Figura 5.8. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se les ha
agregado 0,05 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa.
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500 600
Vis
cosi
da
d μ
SF
S(s
)
Contenido de cloruros (mg/kg)
0,05 %
0,10 %
0,15 %
0,00 %
Límite superior
Límite inferior
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
Vis
cosi
da
d μ
SF
S(s
)
Días
80 mg/kg
100 mg/kg
150 mg/kg
200 mg/kg
300 mg/kg
400 mg/kg
500 mg/kg
Límite superior
Límite inferior
39
Figura 5.9. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se les ha
agregado 0,10 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa.
Figura 5.10. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se les ha
agregado 0,15 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 5 10 15 20 25
Vis
cosi
da
d μ
SF
S(s
)
Días
80 mg/kg
100 mg/kg
150 mg/kg
200 mg/kg
300 mg/kg
400 mg/kg
500 mg/kg
Límite superior
Límite inferior
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
Vis
cosi
da
d μ
SF
S(s
)
Días
80 mg/kg
100 mg/kg
150 mg/kg
200 mg/kg
300 mg/kg
400 mg/kg
500 mg/kg
Límite superior
Límite inferior
40
Lo más significativo de estas figuras es que con el pasar del tiempo se nota la estabilidad de las
emulsiones con respecto a su viscosidad. Este es precisamente el efecto que tiene el aditivo sobre
ellas dando como resultado una línea horizontal en cuanto a la viscosidad en casi la mayoría de los
casos. Esto indica que se ha logrado la estabilidad de las cargas iónicas en la emulsión. Además, se
logra un balance entre la cantidad de iones en la fase orgánica y acuosa que detienen el proceso de
ósmosis y por lo tanto la desestabilización de la emulsión que en teoría desencadenaría en el
aumento significativo de la viscosidad. Al adicionar cloruro de calcio a la mezcla jabonosa se
presentó un importante efecto en la estabilidad. Esto se observa en las Figuras 5.11 y 5.12.
Figura 5.11. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros en función del
porcentaje de CaCl2 adicionado en la formulación de la mezcla jabonosa.
En la primera de ellas se observa que para cada una de las concentraciones de cloruro en el asfalto,
al aumentar el porcentaje de cloruro de calcio en la mezcla jabonosa, el porcentaje de estabilidad se
va acercando más al ámbito considerado como aceptable por el RTCA. Al inicio con 0,00 % de
CaCl2 solamente la emulsión con 80 mg/kg de cloruros cumple con la especificación. Al adicionar
0,05 % de CaCl2 la emulsión de 100 mg/kg entra en el ámbito favorable y en el tercer nivel de
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Est
ab
ilid
ad
(%
)
CaCl2 adicionado (%)
80 mg/kg
100 mg/kg
150 mg/kg
200 mg/kg
300 mg/kg
400 mg/kg
500 mg/kg
Límite superior
Límite inferior
41
0,10 % de CaCl2 las emulsiones de hasta 300 mg/kg cumplen con la especificación técnica. Para un
porcentaje de adición de cloruro de calcio de 0,15 % solamente la emulsión en 500 mg/kg de
cloruros se queda por fuera de la especificación de venta.
A B
C
Figura 5.12. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros agregando A) 0,05%
de CaCl2 B) 0,10 % de CaCl2 y C) 0,15% de CaCl2en la formulación de la mezcla jabonosa.
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
0 200 400 600
Est
ab
ilid
ad
(%
)
Concentración de cloruros en el asfalto
(mg/kg)
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 200 400 600
Est
ab
ilid
ad
(%
)Concentración de cloruros en el
asfalto (mg/kg)
-0,50
-0,30
-0,10
0,10
0,30
0,50
0,70
0,90
1,10
1,30
1,50
0 200 400 600
Est
ab
ilid
ad
(%
)
Concentración de cloruros en el asfalto
(ppm)
42
En la Figura 5.12 se puede observar cómo al pasar de 0,05 % de CaCl2 hasta 0,15 % de CaCl2 (de la
A hasta la C) la curva de estabilidad con respecto al contenido de cloruros en el asfalto se va
entrando a la zona de aceptabilidad dictada por el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA).
Es decir, que la adición del cloruro de calcio tiene un efecto positivo en el mejoramiento de este
parámetro y por consiguiente en el mejoramiento de la calidad de las emulsiones que se venden.
Las curvas de las Figuras 5.11 y 5.12 muestran lo significativo que es la incorporación del aditivo a
la mezcla jabonosa a la hora de la preparación de la emulsión. Esto porque con la primera adición
las curvas se acercan de forma importante al intervalo marcado por los límites de aceptabilidad.
Cabe destacar que los resultados de la prueba de estabilidad dependen mucho de las variaciones de
temperatura entre el día y la noche además del movimiento e inclusive las vibraciones. Por esta
razón por réplica se colocan dos tubos de prueba y como resultado final se obtiene el promedio de
cuatro tubos los cuales se analizaron en parejas en días diferentes. Adicionalmente la prueba
requiere de la habilidad del experimentador para tomar las muestras adecuadamente.
Determinación y análisis del modelo de regresión
Una vez analizados los datos por separado y las tendencias generales de la adición de cloruro de
calcio en la viscosidad y las estabilidad de las emulsiones preparadas, es importante plantear un
modelo general que permita hacer un cálculo rápido de la cantidad de cloruro de calcio a adicionar
en la mezcla jabonosa antes de preparar la emulsión de manera que se logren valores de estabilidad
y viscosidad aceptables para la venta y comercialización según el RTCA.
Algunos autores proponen el análisis de este tipo de diseños experimentales en los cuales hay más
de una variable independiente y más de una variable dependiente, por medio de un análisis
multivariado. Sin embargo, el análisis se puede configurar de manera que se obtengan dos modelos
de regresión (ecuaciones) y que a los modelos obtenidos se les aplique el análisis de la varianza y
un estudio de la calidad del ajuste. Esta metodología será aplicada y por lo tanto se configurará un
modelo, en la cual las dos ecuaciones deben cumplirse de manera simultánea y con los límites
establecidos por el RTCA, para las emulsiones asfálticas de rompimiento lento.
Para obtener una primera relación se realiza una regresión múltiple utilizando como variable de
respuesta la viscosidad y como variables independientes la concentración de cloruro de sodio en el
43
asfalto y el porcentaje másico de cloruro de calcio adicionado a la mezcla jabonosa. Dicho análisis
se realizó utilizando el paquete Minitab 16, y el resultado obtenido se muestra en la ecuación 6.
μSSF
(s) = 74,1794 + 0,0294 ∙ CnCl
- - 15,2857 ∙ PMCaCl2
(6)
Donde,
μSSF
= viscosidad (SSF)
CnCl
- = Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg)
PMCaCl2 = Porcentaje másico de cloruro de calcio a adicionar en la mezcla jabonosa. (%)
Para este modelo se realizó un análisis de los coeficientes obtenidos. Este análisis se observa en el
Cuadro 5.1, donde se toma en cuenta el error estándar y los estadísticos t y p.
Cuadro 5.1. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la viscosidad de las
emulsiones representada en la ecuación 6.
Variables Parámetros Error estándar
del coeficiente t Valor p
Constante 74,1794 3,9612 18,7266 0,000
CnCl- 0,0294 0,0114 2,5900 0,012
PMCaCl2 -15,2857 29,8768 -0,5116 0,611
Se debe recordar que se utiliza el error estándar de coeficiente para medir la precisión en la
estimación del coeficiente. Mientras menor sea el error, más precisa va a ser la estimación. En este
caso, el error más bajo se da con respecto a las concentración de cloruro de sodio en el asfalto. El
resultado de dividir el coeficiente entre su error estándar da como resultado el estadístico t, que está
asociado con la probabilidad p. Si esta probabilidad es pequeña, es decir, si p < 0,05 (valor de
significancia asociado a 95 %), se puede concluir con respecto al factor que la parte explicativa de
este coeficiente supera la parte no explicativa, y por lo tanto, hace que la significancia de este factor
sea importante. (Gutiérrez Pulido & De la Vara Salazar, 2008).
44
Antes de continuar con el análisis del modelo que permite predecir la viscosidad en las emulsiones,
se hará introducción de dos coeficientes que ayudan a interpretar el porcentaje de los datos que son
interpretados por la totalidad del modelo. Estos son el coeficiente de determinación y el coeficiente
de determinación ajustado. Estos dos valores, para el modelo propuesto por la ecuación 6, se
observan en el Cuadro 5.2.
Ambos coeficientes se interpretan de forma similar como en una regresión simple, es decir, como el
porcentaje de variabilidad de los datos que son explicados por el modelo. Se cumple que 0 < R2aj <
R2 < 1. Para hablar que un modelo tiene un ajuste satisfactorio es necesario que ambos coeficientes
tengan valores superiores a 0,7. Cuando el valor de R2aj, es mucho menor que el valor de R2, es
porque existen términos que no contribuyen de manera significativa al modelo. En este caso es
necesario depurar el mismo. (Gutiérrez Pulido & De la Vara Salazar, 2008).
Cuadro 5.2. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el modelo
que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 6
Modelo Coeficiente de determinación
R2 Coeficiente de determinación
R2aj
Viscosidad (ecuación 6) 0,1162 0,0829
Antes de comenzar con un análisis más profundo, es necesario introducir otras herramientas que
indican la calidad del ajuste y que son indicativo del cumplimiento de los supuestos del modelo de
regresión. Estas herramientas, para el modelo representado por la ecuación 6 se observan en la
Figura 5.13. Que son el gráfico de los residuos contra la probabilidad normal (Figura 5.13 (a)), los
residuos contra los predichos del modelo (Figura 5.13 (b)), el histograma (Figura 5.13 (c)) y los
residuos en función del orden de la observación (Figura 5.13 (d)).
En la Figura 5.13 (a), se puede observar que el supuesto de la normalidad de los errores se cumple
razonablemente bien, ya que los puntos siguen la tendencia de una línea recta y se distribuyen con
pequeñas desviaciones alrededor de ella. Existen unos cuantos valores en los extremos que
presentan comportamientos atípicos, sin que ello signifique un patrón claro que descarte este
supuesto de normalidad.
Por otro lado, en la Figura 5.13 (b), que es el gráfico de los residuos contra los predichos, se espera
45
que los puntos no sigan algún patrón, es decir, que se distribuyan de manera más o menos aleatoria
a lo largo y ancho de la gráfica, cuando estos sucede, significa que el modelo se ajusta por igual a lo
largo de los valores de la variable independiente, en este caso, de la viscosidad. Tal comportamiento
es de dicha naturaleza en la figura, lo que es indicativo del ajuste uniforme de los valores de la
viscosidad en el modelo.
La Figura 5.13 (c) constituye el histograma, que arroja un indicativo de la frecuencia con la que
aparecen los residuos para el modelo. Se espera que este histograma toma la forma de una curva de
Gauss (campana) que sea un indicativo de la distribución normal del error en el modelo. Sin
embargo, en este caso, ese comportamiento no se observa, por lo que sería necesario incrementar la
cantidad de réplicas para obtener una distribución más definida.
Figura 5.13. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la viscosidad dado por la
ecuación 6. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos (c) Histograma
(d) Residuos contra orden de observación.
46
Por último, se recomienda la verificación del supuesto de independencia. Esto se logra por medio
del análisis de la Figura 5.13 (d), donde se muestran los residuos con respecto al orden de la
observación. Se puede observar que los puntos del gráfico no siguen ningún patrón definido y por lo
tanto se puede concluir el cumplimento del supuesto.
Una vez analizado el modelo utilizando los gráficos que ayudan a una determinación rápida del
cumplimiento o no de los supuestos básicos del modelo de regresión es conveniente regresar al
análisis cuantitativo por medio del error estándar, de estadísticos de prueba y los coeficientes de
determinación.
Con respecto al error estándar, se puede observar, en el Cuadro 5.1, que este valor es
significativamente más grande para el coeficiente que acompaña el porcentaje másico de cloruro de
calcio en la ecuación 6. Al ser el error elevado, es un indicativo de la baja representatividad que
dicho coeficiente representa en el modelo. No sucede así con el coeficiente que acompaña al valor
de la concentración de cloruro en el asfalto. Dicho valor de error es bajo y por lo tanto indica que el
factor que acompaña el coeficiente es significativo.
Para ambos coeficientes, se espera que el valor del estadístico p sea menor que 0,05 para concluir
que el factor explica adecuadamente el comportamiento de la variable independiente a quien
acompaña en el modelo. En el Cuadro 5.1 se puede observar que para el coeficiente que acompaña
la variable de concentración de cloruro, esta condición se cumple (0,012 < 0,05) y por lo tanto este
coeficiente supera la parte explicativa que la parte no explicativa del modelo.
Por el contrario, el coeficiente que acompaña la variable independiente del porcentaje de cloruro de
calcio no cumple con esta conclusión (0,611 > 0,05) y por lo tanto no se puede concluir que este
coeficiente contribuya a enriquecer la parte explicativa del modelo. Este comportamiento fue
observado cualitativamente de los gráficos presentados en las secciones anteriores, donde la adición
de cloruro de calcio no tiene mayor efecto sobre la viscosidad. En estos casos se recomienda hacer
una depuración del modelo que ayude a mejorar el ajuste.
Esta depuración también podría ayudar a mejorar el valor de R2aj y R2, que en este caso, son
menores a 0,7 (Cuadro 5.2) y que es un indicativo que existen términos que no contribuyen de
manera significativa al modelo. En apariencia, este término (el menos explicativo) es el coeficiente
47
que acompaña a la variable del porcentaje de cloruro de calcio. Para realizar la prueba, se procede a
correr la regresión sin esta variable y el resultado obtenido está dado por la ecuación 7.
μSSF
= 73,0329 + 0,0294 ∙ CnCl
- (7)
De igual manera, se obtuvo el análisis de los coeficientes del modelo y los coeficientes de
determinación. Los resultados se observan en los Cuadros 5.3 y 5.4.
Cuadro 5.3. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el modelo
depurado que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 7
Modelo Coeficiente de determinación R2 Coeficiente de determinación
R2aj
Viscosidad (ecuación 7) 0,1119 0,0954
Cuadro 5.4. Análisis de coeficientes para el modelo depurado que describe la viscosidad dada por
la ecuación 7
Variables Parámetros Error estándar
del coeficiente t Valor p
Constante 73,0329 2,2441 22,5127 0,000
CnCl- 0,0294 0,0113 2,6079 0,012
Como se puede observar, no existe una diferencia significativa en la eliminación del término que
describe el comportamiento de la viscosidad con respecto al cambio unitario en la concentración de
cloruro de calcio. Este comportamiento, concuerda con lo analizado en las secciones anteriores. Sin
embargo, el propósito de la depuración, que es obtener un modelo más representativo del
comportamiento no se logró. Para efectos prácticos, se puede utilizar la ecuación 7, pero se tomará
como definitiva la ecuación 6.
Una vez analizada la respuesta de la viscosidad, se procede a obtener una regresión que tenga como
variable de respuesta la estabilidad y como variables independientes la concentración de cloruros en
el asfalto y la concentración másica de cloruro de calcio adicionada en la mezcla jabonosa. Para tal
propósito, se utilizó el paquete estadístico Minitab 16 y el resultado obtenido está dado por la
48
ecuación 8.
ε = 1,4291 + 0,0039 ∙ CnCl
- - 11,2371 ∙PMCaCl2
(8)
Donde,
𝜀 = estabilidad (%)
CnCl
- = Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg).
PMCaCl2 = Porcentaje másico de cloruro de calcio a adicionar en la mezcla jabonosa (%).
Para este modelo se realizó un análisis de los coeficientes obtenidos. Este análisis se observa en el
Cuadro 5.5, donde se toma en cuenta el error estándar y los estadísticos t y el valor p. Además el
Cuadro 5.6 los valores del coeficiente de determinación y el coeficiente de determinación ajustado
para la ecuación en estudio.
Cuadro 5.5. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la estabilidad de las
emulsiones representada en la ecuación 8
Variables Parámetros Error estándar
del coeficiente t Valor p
Constante 1,4291 0,1557 9,1796 0
CnCl- 0,0039 0,0004 8,8056 0
PMCaCl2 -11,2371 1,1742 -9,5698 0
Cuadro 5.6. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el modelo
que describe la estabilidad de las emulsiones, ecuación 8
Modelo Coeficiente de determinación
R2 Coeficiente de determinación
R2aj
Viscosidad (ecuación 6) 0,7614 0,7524
En el Cuadro 5.5, se puede observar que el error estándar asociado a cada uno de los coeficientes
del modelo es bastante bajo, pero para corroborar la explicatividad de dichos coeficientes en el
modelo, se recurre al valor p. Se debe recordar que siempre que el valor p < 0,05; tomando un nivel
49
de significancia típico de 95 %; se cumple que la parte explicativa del modelo, dada por el
coeficiente, supera la parte no explicativa. Como los valores de p asociados a cada uno de los
coeficientes es 0, y este valor es menor a 0,05; se puede concluir que todos los coeficientes ayudan
a explicar el comportamiento de la estabilidad para cada uno de los factores que acompañan.
Si se analiza el coeficiente de determinación y el coeficiente de determinación ajustado. Se puede
observar que se cumple que ambos valores son mayores a 0,7. Esto quiere decir que de manera
general el modelo es representativo y proporciona un ajuste satisfactorio. Una vez analizados estos
parámetros, se procede a comprobar gráficamente el cumplimiento de los supuestos del modelo de
regresión dados por el análisis de la varianza. Estos supuestos son la normalidad de los residuos,
varianza constante e independencia. Para el modelo establecido por la ecuación 8, la Figura 5.14,
muestra cada uno de los gráficos utilizados para comprobar estos tres supuestos.
Figura 5.14. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la estabilidad dado por la
ecuación 8. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos (c) Histograma
(d) Residuos contra orden de observación.
50
La Figura 5.14 (a) muestra el gráfico de normalidad de los residuos. En el mismo se puede observar
que los residuos siguen una clara tendencia de una línea recta. Esto es evidencia de la normalidad y
por lo tanto se puede afirmar que los residuos en el modelo se comportan de forma normal. El
Histograma en la Figura 5.14 (c) también muestra una tendencia en la frecuencia de los residuos a
formar una campana, con un valle en el centro de la distribución. Sería necesario incrementar la
cantidad de repeticiones para que una mayor cantidad de datos aporten más robustez al histograma
y por lo tanto a las pruebas de normalidad.
En el gráfico mostrado por la Figura 5.14 (b) de residuos contra predichos no se ve una tendencia
tan clara a la formación de un cono. Pero existe una ligera curva en los datos. Esto quiere decir que
los errores no son homogéneos del todo a lo largo de los valores de la variable dependiente. Sin
embargo, la tendencia no es tan marcada y se puede suponer la aceptabilidad del supuesto. Por otro
lado, con respecto a la Figura 5.14 (d) que muestra los residuos con respecto al orden de la
observación, estos se distribuyen de manera aleatoria alrededor de la línea central y no presentan
ningún patrón claro. Por lo tanto, se puede confirmar la independencia de cada una de las
combinaciones que contribuyen a la formación del modelo.
Para concluir el modelo, es necesario tomar en cuenta que los valores de estabilidad y viscosidad
están limitados por el Reglamento Técnico Centroamericano 75.01.22:04 (COMEX, MINAET, &
MEIC, 2005). El mismo establece que los valores de la viscosidad deben estar entre 20 SSF y
100 SSF, mientras que los valores de estabilidad deben estar entres 0,00 % y 1,00 %.
Consecuentemente, se deben adicionar dichos límites al modelo
De esta manera, la cantidad a adicionar de cloruro de calcio en la preparación de la emulsión, con
una viscosidad y una estabilidad deseada y a una concentración conocida de cloruros en el asfalto,
estará dada por las ecuaciones 9 y 10. Tomando como definitiva la concentración establecida por la
ecuación 10, que es más explicativa al ajuste de los datos experimentales, pero siempre tomando en
cuenta la explicatividad de la ecuación 9. Estas ecuaciones son un despeje de las ecuaciones 6 y 8.
PMCaCl2= 4,8529 - 0,0654∙μ
SSF+ 0,0019∙ Cn
Cl- ; 20 ≤ μ ≤ 100 (9)
PMCaCl2= 0,1272 - 0.0890∙ε + 0,0003∙Cn
Cl- ; 0 ≤ ε ≤ 1 (10)
51
6. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
1. Se propuso un diseño experimental que permitió el análisis del efecto de la adición de
cloruro de calcio en la mezcla jabonosa a la hora de preparar las emulsiones asfálticas de
rompimiento lento. El mismo se analizaron siete niveles de cloruros en el asfalto para cada
uno de los cuatro niveles porcentuales de uso de aditivo.
2. Se cuantificó la concentración de cloruros en el asfalto utilizado para preparar las
emulsiones. Se fijó esta concentración en 80 mg/kg en los distintos lotes de asfalto
analizados.
3. El aumento en la concentración de sales en el asfalto que se utiliza para la preparación de
las emulsiones asfálticas provoca desviaciones indeseables en la viscosidad y la estabilidad
del producto. La estabilidad es mucho más sensible a un incremento en el contenido de
sales que la viscosidad. Así, mientras las muestras preparadas con hasta 400 mg/kg de
cloruros en el asfalto se mantienen dentro de los límites permitidos de viscosidad, las
muestras con más de 100 mg/kg de cloruros no cumplen con los límites de estabilidad.
4. La viscosidad de las emulsiones asfálticas aumenta con respecto al avance del tiempo hasta
que en algunos casos las emulsiones quedan fuera de especificación pero siempre en lapsos
mayores a 22 d que no son considerados críticos para la comercialización.
5. Conforme pasa el tiempo el ámbito dentro del cual se ubican las mediciones de viscosidad
se va haciendo más estrecho, este comportamiento apunta a un agotamiento del mecanismo
(fuerza motriz) que da pie a las diferencias de viscosidad con el tiempo.
6. La adición de cloruro de calcio hace que la viscosidad de las distintas emulsiones se
mantenga casi invariable en el tiempo.
7. La adición de cloruro de calcio mejora la estabilidad de la emulsión. Esta mejora es más
52
significativa conforme aumenta la cantidad adicionada, por ejemplo, a 200 mg/kg
adicionando 0,00 %, 0,05 %, 0,10% y 0,15% de CaCl2 la estabilidad es de 2,98 %, 1,25 %,
0,79 % y 0,95 % respectivamente.
8. La simplificación del modelo de regresión para la viscosidad no supone una mejora
significativa en los parámetros que indican la efectividad del ajuste del modelo, por lo
tanto, se sugiere el uso del modelo original extendido.
9. El análisis del modelo de regresión para la viscosidad revela la poca influencia de la
concentración de cloruro de calcio en la viscosidad de las emulsiones asfálticas analizadas.
10. El análisis del modelo de regresión para la estabilidad confirma el buen ajuste y la
contribución explicativa del mismo. Así se confirma la fuerte afección que tiene la
estabilidad con la adición de cloruro de calcio.
Recomendaciones
1. Mejorar el sistema de enriquecimiento con cloruro de sodio, prolongando el tiempo de
adición, promoviendo la agitación mecánica sistemática, el reflujo y disminuyendo el
tamaño de los cristales de sal adicionados.
2. Realizar un proceso de validación para el método de la determinación de la concentración
de cloruros en el asfalto, ya que a partir de esta determinación es que se pueden aplicar las
relaciones o modelos obtenidos como resultado de este proyecto.
3. Realizar un mayor número de réplicas para proporcionar mayor robustez estadística a los
resultados.
4. Incluir un nivel más en el factor del porcentaje de aditivo utilizado, en este caso sería
0,20 % para poder obtener conclusiones a un nivel posterior que confirmen más
robustamente el comportamiento analizado en este proyecto.
53
5. Evaluar otros muchos factores que pueden afectar la calidad de una emulsión asfáltica
además del contenido de cloruros como el contenido total de sales o de iones, presencia de
impurezas, variaciones día - noche de la temperatura, mezclas indeseadas con otro tipo de
emulsiones, formulación, tipo de emulsificante, entre otros.
6. Realizar un análisis experimental para evaluar la eficiencia del molino coloidal en cuanto a
las revoluciones de giro y la inyección de la bomba. Evaluar las diferencias entre el sistema
continuo (utilizado para la producción de emulsión a gran escala) y el semicontínuo.
7. Procurar que siempre que se sometan a evaporación las muestras de la prueba de
estabilidad, éstas se ejecuten en recipientes con un área de fondo lo más similar posible,
para proveer de un área de transferencia de masa de agua igual que no interfiera en los
resultados de la misma.
55
7. Referencias
AkzoNobel. (SA). Emulsiones bituminosas. Documento técnico. Chicago, Illinois, Estados Unidos.
ASTM. (2007). ASTM D-88-07- Standart Test Method for Saybolt Viscocimeter. West
Conshohocken, United States: ASTM International.
ASTM. (2010). D-6930-10 Standard test method for settlement and storage stability of emulsifield
asphalts. Pennsylvannia, United States: ASTM International.
ASTM. (2011). D-7496-11 Standart test method for viscosity of emulsifield asphalt by saybolt furol
viscocimeter. Pennsylvannia, United States: ASTM International.
ASTM. (2013). ASTM-D6933-13. Standard test method for oversized particles in emulsified
asphalts (sieve test). West Conshohocken, United States: ASTM International.
COMEX, MINAET, & MEIC. (20 de Diciembre de 2005). Reglamento Técnico Centroamericano
750122:04. Productos de petróleo. Asfalto. Especificaciones. Decreto Ejecutivo N° 32812.
San José, Costa Rica.
Fortuny, M., Silva, E., Filho, A., Melo, R., Nele, M., Coutinho, R., & Santos, A. (2008). Measuring
Salinity in crude oilds: Evaluation of methods and an improved procedure. FUEL, 1241-
1248.
Furlong, S., James, A., Kalinowski, E., & Thopson, M. (1999). Water enclosed within the droplets
of bitumen emulsions and its relation to viscosity changes during storage. ELSEVIER, 147-
153.
Gutiérrez Pulido, H., & De la Vara Salazar, R. (2008). Análisis y diseño de experimentos. México:
McGraw-Hill Interamericana. 2da Edición.
James, A. (1997). Solving Emulsion Viscosity Problems by Choice of Emulsifier. Azko Nobel
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James, A. (2006). Asphalt Emulsion Technology. Transportation Research Circular (E-C102), 1-30.
56
LANAME-UCR. (2012). Preparación de emulsiones asfálticas. En LANAME-UCR, Métodos y
Materiales (págs. 17-25). San José, Costa Rica: Universidad de Costa Rica.
Mercado, R., Bracho, C., & Avendaño, J. (2008). Emulsiones Asfálticas. Mérida, Venezuela:
Universidad de los Andes.
QuimiKao. (2012). Hoja técnica: ASFIER-610. Emulsificante asfáltico catiónico de rompimiento
rápido. Guadalajara, Mexico: QuimiKao S.A. de C.V.
Redelius, P., & Walter, J. (2005). Bitumen emulsions. Emulsion and emulsion stability.
Rivera, G. (1987). Emulsiones asfálticas. México: Representaciones y Servicios de Ingeniería S.A.
Walter, R., & Walter, J. (2006). Bitumen Emulsions. En J. Sjoblom, Emulsions and emulsions
stability (págs. 384-412). Bergen, Norway: CRC Press. Taylor and Francis.
57
8. Nomenclatura
Símbolo, descripción, unidades
A Porcentaje de residuo en el tope %
B Porcentaje de residuo en el fondo %
C Cantidad de cloruros μmol
Cn Concentración mg/kg
F Factor de dilución Adim.
PM Porcentaje másico %
R2 Coeficiente de determinación Adim.
V Diferencia de potencial mV
k Factor de conversión 1/s
m Masa g
t Tiempo s
v Volumen mL
Δ Cambio Adim.
ε Estabilidad %
μ Viscosidad s
Subíndices
1 Denota primero
2 Denota segundo
AgNO3 Nitrato de plata
CaCl2 Cloruro de calcio
Cl- Cloruro
SSF Segundos Saybolt para Furoles
P.SSF Viscosidad del patrón en SSF
aj Ajustado
b Blanco
f Final
i Inicial
prom Promedio
rec Recipiente
s Para denotar viscosidad en segundos
59
9. Resultados
Cuadro 9.1. Medición de la masa de un galón metálico vacío utilizado para el almacenamiento de
las muestras de asfalto
Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g)
1 250,66 6 249,48 11 250,06 16 249,33
2 249,60 7 251,53 12 250,02 17 250,34
3 250,37 8 249,48 13 250,00 18 249,71
4 250,30 9 251,52 14 250,12 19 250,10
5 249,97 10 249,72 15 250,16 20 251,21
Cuadro 9.2. Medición de la masa de un galón metálico más el residuo después de utilizar el asfalto
almacenado en ellos
Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g)
1 401,00 6 354,50 11 362,55 16 345,16
2 441,35 7 361,23 12 360,43 17 378,47
3 473,55 8 350,68 13 345,30 18 411,34
4 377,95 9 367,59 14 377,30 19 397,50
5 361,37 10 361,11 15 356,14 20 396,50
Cuadro 9.3. Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que se utilizó para
la preparación de cada emulsión
Contenido de sal CaCl2 (%) Réplica Masa lata + muestra (g)
80 mg/kg
0,00 1 2673,53
2 2782,88
0,05 1 2550,44
2 2690,81
0,10 1 2858,13
2 2784,52
0,15 1 2852,83
2 2529,51
100 mg/kg
0,00 1 3014,81
2 2867,58
0,05 1 2900,40
2 2818,38
0,10 1 2797,30
2 2986,48
60
Cuadro 9.3. (Continuación) Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que
se utilizó para la preparación de cada emulsión
Contenido de sal CaCl2 (%) Réplica Masa lata + muestra (g)
0,15
1 2693,42
2 3097,80
150 mg/kg
0,00 1 2877,86
2 2929,15
0,05 1 2983,10
2 2641,26
0,10 1 2821,60
2 2659,45
0,15 1 2803,95
2 2911,24
200 mg/kg
0,00 1 2768,75
2 2673,78
0,05 1 3062,22
2 3086,36
0,10 1 2758,10
2 3072,62
0,15 1 3007,30
2 2956,80
300 mg/kg
0,00 1 2717,35
2 2653,21
0,05 1 3298,37
2 3028,36
0,10 1 3039,60
2 3081,37
0,15 1 2659,34
2 2965,73
400 mg/kg
0,00 1 2797,20
2 2924,08
0,05 1 2978,37
2 2841,04
0,10 1 3212,20
2 3140,93
0,15 1 2933,07
2 3035,41
61
Cuadro 9.3. (Continuación) Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que
se utilizó para la preparación de cada emulsión
Contenido de sal CaCl2 (%) Réplica Masa lata + muestra (g)
500 mg/kg
0,00 1 3311,28
2 2891,66
0,05 1 2523,44
2 2902,79
0,10 1 2876,79
2 3169,47
0,15 1 2729,33
2 3006,77
Cuadro 9.4. Tiempo para la determinación de la constante de orificio
Determinación Patrón Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3
Tiempo (s) 148 692 621 611
Cuadro 9.5. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado el
20/10/2015
Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
0,00 -55,5 0,00 -52,9 0,00 -56,0 0,00 -62,4 0,00 -57,9
0,05 -56,3 0,05 -54,8 0,05 -57,5 0,05 -64,8 0,10 -57,9
0,10 -55,7 0,10 -54,8 0,10 -57,5 0,10 -63,2 0,15 -46,7
0,15 -48,2 0,20 -39,2 0,15 -49,1 0,15 -51,3 0,20 -33,3
0,20 -41,5 0,25 -26,8 0,20 -39,4 0,20 -40,8 0,25 -23,3
0,25 -34,8 0,30 -12,5 0,25 -31,4 0,25 -29,3 0,30 -11,7
0,30 -28,2 0,35 -1,3 0,30 -26,1 0,30 -16,9 0,35 0,6
0,35 -15,3 0,40 17,9 0,35 -8,4 0,35 -4,0 0,40 17,4
0,40 2,6 0,45 24,7 0,40 3,2 0,40 5,6 0,45 23,1
0,45 11,6 0,50 33,6 0,45 9,4 0,45 17,1 0,50 29,0
0,50 20,6 0,55 38,4 0,50 21,2 0,50 19,3 0,55 35,2
0,60 30,0 0,60 42,6 0,55 21,2 0,55 22,3 0,60 38,5
0,70 35,4 0,65 45,3 0,60 25,3 0,60 25,7 0,70 42,1
0,80 39,5 0,70 46,8 0,65 28,6 0,65 28,8 - -
- - 0,80 52,2 - - 0,75 32,0 - -
62
Cuadro 9.6. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado el
18/01/2016
Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
v AgNO3
(mL)
V
(mV)
0,00 -153,3 0,00 -24,7 0,00 10,0 0,00 -20,0 0,00 -11,0
0,05 -156,0 0,05 -29,8 0,05 10,2 0,05 -23,6 0,05 -15,0
0,10 -157,6 0,10 -35,0 0,10 8,3 0,10 -31,1 0,10 -20,8
0,15 -158,6 0,15 -41,4 0,15 3,4 0,15 -34,4 0,15 -23,2
0,20 -159,5 0,20 -44,0 0,20 -0,8 0,20 -22,4 0,20 -25,5
0,25 -156,4 0,25 -40,4 0,25 2,2 0,25 -25,4 0,25 -22,0
0,30 -142,9 0,30 -29,8 0,30 5,4 0,30 -16,5 0,30 -16,4
0,35 -106,3 0,35 3,6 0,35 11,9 0,40 47,1 0,35 10,4
0,40 -65,0 0,40 30,6 0,40 39,9 0,45 56,9 0,40 34,8
0,45 -47,5 0,45 46,1 0,50 63,0 0,50 63,7 0,45 52,0
0,50 -32,5 0,50 57,7 0,55 81,6 0,55 69,9 0,50 60,2
0,55 -16,5 0,60 68,2 0,60 87,0 0,60 75,1 0,55 67,9
0,65 -3,2 0,70 77,9 0,70 94,7 0,65 77,6 0,60 71,5
0,75 6,6 0,80 83,1 0,80 101,5 0,70 80,2 0,65 77,1
0,85 13,8 0,90 87,2 0,90 107,3 0,80 85,0 0,75 83,6
Cuadro 9.7. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el asfalto
después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores nominales de
100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg
100 mg/kg 150 mg/kg 200 mg/kg
v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV)
0,00 -4,8 0,00 27,1 0,00 -35,9
0,05 -10,6 0,05 29,4 0,05 -38,0
0,10 -12,0 0,10 30,9 0,10 -39,5
0,15 -13,2 0,15 37,5 0,15 -41,2
0,20 -10,4 0,20 45,6 0,20 -42,8
0,25 -4,7 0,30 55,4 0,25 -44,4
0,30 8,8 0,35 64,7 0,30 -45,5
0,35 31,2 0,40 76,7 0,35 -47,1
0,40 63,1 0,50 120,0 0,40 -49,5
0,45 76,9 0,60 175,6 0,50 -51,6
0,50 86,0 0,70 195,1 0,60 -50,8
63
Cuadro 9.7. (Continuación) Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en
el asfalto después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores nominales
de 100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg
100 mg/kg 150 mg/kg 200 mg/kg v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV)
0,60 97,0 0,80 197,1 0,70 -21,3
0,70 104,5 0,90 200,6 0,75 8,4
0,80 108,7 1,05 201,0 0,85 32,8
0,90 113,5 - - 0,95 47,0
- - - - 1,05 53,9
- - - - 1,15 60,4
- - - - 1,25 65,6
- - - - 1,35 69,2
Cuadro 9.8. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el asfalto
después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores nominales de
300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg
300 mg/kg 400 mg/kg 500 mg/kg
v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV)
0,00 -26,7 0,00 -21,3 0,00 -58,0
0,10 -31,1 0,50 -24,6 0,15 -60,3
0,20 -33,5 1,00 -26,5 0,30 -63,3
0,30 -35,5 1,35 -28,3 0,45 -64,4
0,40 -37,3 1,45 -19,7 0,60 -65,8
0,50 -39,2 1,50 4,9 0,75 -67,2
0,55 -41,0 1,55 35,8 1,00 -68,2
0,60 -39,0 1,65 49,3 1,25 -62,7
0,65 -35,1 1,75 54,8 1,30 -34,2
0,70 -30,4 2,00 72,0 1,35 -8,8
0,75 -25,6 2,50 82,3 1,40 25,7
0,80 -14,5 3,30 87,0 1,45 44,7
0,85 0,1 3,60 91,5 1,55 52,4
0,90 35,0 3,90 95,9 1,80 59,8
0,95 92,0 4,20 100,2 2,00 64,6
1,00 97,2 4,50 103,8 2,25 66,3
1,05 100,3 - - - -
1,10 104,3 - - - -
64
Cuadro 9.9. Medición de la viscosidad en el tiempo para las emulsiones elaboradas sin cloruro de
calcio
Cont. de
cloruros Réplica
Día y
viscosidad Resultados
80 mg/kg
1 Día 0 3 8 11 14 17 21
Viscosidad (s) 273 304 334 278 349 370 380
2 Día 0 3 8 11 15 19 22
Viscosidad (s) 275 290 296 292 308 315 320
100 mg/kg
1 Día 0 3 8 11 14 17 21
Viscosidad (s) 281 315 352 356 380 369 390
2 Día 0 6 12 16 20 23 -
Viscosidad (s) 262 274 324 305 345 361 -
150 mg/kg
1 Día 0 2 6 9 12 15 19
Viscosidad (s) 299 329 359 370 418 413 419
2 Día 0 3 8 13 17 20 23
Viscosidad (s) 300 332 349 385 420 423 418
200 mg/kg
1 Día 0 3 7 10 14 18 22
Viscosidad (s) 254 345 355 370 382 400 411
2 Día 0 5 11 15 19 24 -
Viscosidad (s) 292 309 354 345 375 394 -
300 mg/kg
1 Día 0 5 9 13 19 26 -
Viscosidad (s) 378 378 380 405 421 431 -
2 Día 0 4 9 14 18 23 -
Viscosidad (s) 331 341 361 356 374 385 -
400 mg/kg
1 Día 0 5 11 15 18 20 -
Viscosidad (s) 435 462 460 479 473 475 -
2 Día 0 6 10 14 17 22 -
Viscosidad (s) 431 453 442 470 475 478 -
500 mg/kg
1 Día 0 6 13 18 25 32 -
Viscosidad (s) 472 458 420 387 444 462 -
2 Día 0 5 9 13 14 19 -
Viscosidad (s) 496 504 477 478 491 511 -
Cuadro 9.10. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 5 12 19
Viscosidad (s) 382 389 390 397
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 392 392 402 396
65
Cuadro 9.10. (Continuación) Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una
concentración de cloruros de 80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos
de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,10
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 379 376 421 341
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 400 387 432 340
0,15
1 Día 0 7 14 22
Viscosidad (s) 253 240 245 196
2 Día 0 7 13 20
Viscosidad (s) 263 242 240 221
Cuadro 9.11. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 100 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de
calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 5 11 18
Viscosidad (s) 349 348 350 352
2 Día 0 7 16 21
Viscosidad (s) 338 336 336 334
0,10
1 Día 0 7 13 20
Viscosidad (s) 361 331 362 348
2 Día 0 9 16 23
Viscosidad (s) 377 386 387 390
0,15
1 Día 0 7 12 20
Viscosidad (s) 335 347 348 344
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 367 358 395 387
66
Cuadro 9.12. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 150 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de
calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 8 15 22
Viscosidad (s) 334 325 318 318
2 Día 0 7 13 21
Viscosidad (s) 392 361 339 375
0,10
1 Día 0 8 15 22
Viscosidad (s) 383 378 385 413
2 Día 0 6 13 20
Viscosidad (s) 375 365 344 355
0,15
1 Día 0 7 14 20
Viscosidad (s) 340 331 320 318
2 Día 0 8 15 22
Viscosidad (s) 389 379 309 378
Cuadro 9.13. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 200 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de
calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 320 317 316 320
2 Día 0 7 14 22
Viscosidad (s) 433 389 366 396
0,10
1 Día 0 7 14 22
Viscosidad (s) 273 335 326 280
2 Día 0 6 14 19
Viscosidad (s) 341 320 323 315
0,15
1 Día 0 7 14 23
Viscosidad (s) 314 293 329 347
2 Día 0 8 16 22
Viscosidad (s) 315 312 315 320
67
Cuadro 9.14. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 300 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de
calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 321 307 303 327
2 Día 0 8 15 22
Viscosidad (s) 264 279 275 274
0,10
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 393 420 405 581
2 Día 0 7 13 15
Viscosidad (s) 292 325 320 310
0,15
1 Día 0 7 15 22
Viscosidad (s) 396 392 377 380
2 Día 0 7 12 15
Viscosidad (s) 316 283 304 280
Cuadro 9.15. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 400 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de
calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 7 14 23
Viscosidad (s) 371 357 353 371
2 Día 0 7 15 22
Viscosidad (s) 271 284 273 280
0,10
1 Día 0 7 15 22
Viscosidad (s) 377 323 317 360
2 Día 0 8 14 16
Viscosidad (s) 299 273 300 280
0,15
1 Día 0 7 15 23
Viscosidad (s) 329 307 317 329
2 Día 0 6 11 13
Viscosidad (s) 330 268 280 301
68
Cuadro 9.16. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una concentración de
cloruros de 500 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de
calcio adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 8 15 22
Viscosidad (s) 325 310 326 324
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad (s) 443 435 410 426
0,10
1 Día 0 7 16 23
Viscosidad (s) 354 338 354 334
2 Día 0 7 13 15
Viscosidad (s) 326 277 289 291
0,15
1 Día 0 7 15 22
Viscosidad (s) 379 360 376 380
2 Día 0 5 10 12
Viscosidad (s) 385 390 400 406
Cuadro 9.17. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Rec. vacío
(g)
Masa inicial
(g)
Masa final
(g)
0,00
1
Tubo 1 A 410,80 455,18 425,96
B 283,85 328,36 305,42
Tubo 2 A 287,39 337,57 301,70
B 280,73 330,80 317,14
2
Tubo 1 A 289,90 339,95 320,65
B 304,53 354,67 335,66
Tubo 2 A 287,05 337,01 317,92
B 308,27 358,27 339,48
0,05
1
Tubo 1 A 432,51 482,49 463,70
B 309,36 359,15 340,75
Tubo 2 A 304,89 354,81 338,05
B 302,72 352,38 335,94
2
Tubo 1 A 289,15 339,25 321,12
B 304,16 354,18 336,35
Tubo 2 A 287,77 338,00 319,50
B 305,16 355,21 337,12
69
Cuadro 9.17. (Continuación) Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las
emulsiones preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Rec. vacío
(g)
Masa inicial
(g)
Masa final
(g)
0,10
1
Tubo 1 A 287,74 337,38 319,56
B 305,06 355,47 337,54
Tubo 2 A 289,96 339,67 321,95
B 308,15 358,54 340,98
2
Tubo 1 A 288,16 338,94 319,22
B 306,12 357,97 338,12
Tubo 2 A 287,67 338,68 320,42
B 309,21 359,42 341,67
0,15
1
Tubo 1 A 290,20 340,37 323,11
B 304,38 354,44 337,32
Tubo 2 A 287,12 337,13 319,71
B 308,36 358,69 341,56
2
Tubo 1 A 291,27 341,27 323,56
B 305,68 355,99 338,54
Tubo 2 A 289,67 340,45 322,98
B 310,98 362,10 344,57
Cuadro 9.18. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Rec. vacío
(g)
Masa inicial
(g)
Masa final
(g)
0,00
1
Tubo 1 A 420,11 470,12 451,85
B 286,23 336,73 319,18
Tubo 2 A 290,55 340,44 323,19
B 284,31 334,97 317,92
2
Tubo 1 A 283,33 333,47 310,83
B 304,92 354,94 334,56
Tubo 2 A 287,55 337,55 315,92
B 304,73 354,84 335,45
70
Cuadro 10.18. (Continuación) Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las
emulsiones preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Rec. vacío
(g)
Masa inicial
(g)
Masa final
(g)
0,05
1
Tubo 1 A 309,24 359,94 340,97
B 287,33 338,54 320,63
Tubo 2 A 290,03 341,90 322,58
B 304,84 354,52 336,29
2
Tubo 1 A 287,22 337,38 319,82
B 304,79 359,46 340,48
Tubo 2 A 290,13 340,09 322,68
B 307,90 358,24 340,94
0,10
1
Tubo 1 A 279,84 329,89 312,63
B 308,22 358,56 341,73
Tubo 2 A 289,84 339,85 322,76
B 304,84 354,83 338,04
2
Tubo 1 A 287,44 337,38 319,98
B 304,86 354,90 337,56
Tubo 2 A 289,42 339,46 322,14
B 308,12 358,26 341,26
0,15
1
Tubo 1 A 287,14 337,16 319,77
B 305,00 355,00 338,37
Tubo 2 A 289,25 339,28 321,79
B 308,18 358,22 340,44
2
Tubo 1 A 289,86 339,74 323,35
B 304,63 354,70 338,65
Tubo 2 A 286,95 337,04 319,14
B 304,53 354,50 337,20
Cuadro 9.19. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 150 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Rec. vacío
(g)
Masa inicial
(g)
Masa final
(g)
0,00 1
Tubo 1 A 413,42 463,38 441,13
B 288,64 338,18 317,82
Tubo 2 A 291,83 341,60 319,88
B 285,51 335,18 314,29
71
Cuadro 9.19. (Continuación) Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las
emulsiones preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 150 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Rec. vacío
(g)
Masa inicial
(g)
Masa final
(g)
0,00 2
Tubo 1 A 292,67 342,89 320,87
B 306,58 357,73 336,35
Tubo 2 A 287,67 337,72 316,15
B 308,67 359,29 338,92
0,05
1
Tubo 1 A 308,61 358,97 340,98
B 305,02 357,01 339,22
Tubo 2 A 432,15 483,06 464,91
B 212,82 262,40 245,56
2
Tubo 1 A 287,32 337,42 320,21
B 307,88 358,32 341,38
Tubo 2 A 289,26 339,29 322,15
B 304,59 354,49 337,67
0,10
1
Tubo 1 A 289,96 338,03 320,20
B 308,15 358,37 340,18
Tubo 2 A 289,74 340,45 322,87
B 305,05 355,48 338,16
2
Tubo 1 A 287,71 337,65 320,21
B 308,36 358,33 341,17
Tubo 2 A 290,15 340,13 322,63
B 304,71 354,75 337,82
0,15
1
Tubo 1 A 289,82 339,83 322,15
B 305,18 355,25 338,06
Tubo 2 A 286,73 336,80 319,17
B 308,15 358,18 341,01
2
Tubo 1 A 289,97 339,92 321,64
B 304,32 354,68 336,59
Tubo 2 A 286,71 336,85 318,54
B 304,30 354,52 336,48
72
Cuadro 9.20. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 200 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Rec. vacío (g) Masa inicial (g) Masa final (g)
0,00
1
Tubo 1 A 432,11 482,30 460,97
B 302,56 352,69 333,21
Tubo 2 A 308,56 359,69 337,67
B 305,68 354,99 334,98
2
Tubo 1 A 287,15 337,16 319,78
B 304,76 354,98 339,20
Tubo 2 A 283,77 333,77 316,90
B 304,70 354,71 339,07
0,05
1
Tubo 1 A 287,15 363,58 336,66
B 290,58 344,91 327,79
Tubo 2 A 308,34 359,09 341,19
B 304,77 354,57 336,28
2
Tubo 1 A 289,70 339,05 322,01
B 304,11 354,40 337,71
Tubo 2 A 286,82 336,82 319,44
B 308,47 344,04 332,18
0,10
1
Tubo 1 A 286,85 336,99 320,07
B 304,76 354,87 338,15
Tubo 2 A 289,22 339,33 322,29
B 308,55 358,61 342,12
2
Tubo 1 A 289,60 339,60 322,00
B 308,80 358,92 342,57
Tubo 2 A 287,20 337,30 319,97
B 304,40 354,54 336,76
0,15
1
Tubo 1 A 289,99 340,02 325,05
B 308,23 358,23 343,49
Tubo 2 A 287,03 337,11 322,23
B 304,27 354,57 340,38
2
Tubo 1 A 279,98 340,02 325,05
B 307,36 358,23 345,99
Tubo 2 A 286,51 337,11 322,23
B 311,24 354,57 342,26
73
Cuadro 9.21. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 300 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Rec. vacío (g) Masa inicial (g) Masa final (g)
0,00
1
Tubo 1 A 287,02 337,07 318,60
B 304,50 354,54 337,85
Tubo 2 A 289,53 339,52 320,92
B 305,20 355,46 338,18
2
Tubo 1 A 284,24 334,40 316,45
B 304,55 354,63 337,77
Tubo 2 A 287,73 337,92 319,70
B 304,87 354,82 339,07
0,05
1
Tubo 1 A 289,52 339,54 320,62
B 304,31 354,30 336,75
Tubo 2 A 287,49 337,59 319,12
B 304,49 354,52 337,06
2
Tubo 1 A 287,50 337,55 318,38
B 304,44 354,51 336,11
Tubo 2 A 216,51 266,53 248,01
B 305,18 355,19 337,62
0,10
1
Tubo 1 A 290,13 340,13 322,31
B 303,89 353,88 336,60
Tubo 2 A 287,05 337,06 319,37
B 304,49 354,51 337,35
2
Tubo 1 A 304,99 355,06 337,29
B 304,46 354,82 338,00
Tubo 2 A 287,34 337,39 319,35
B 216,49 266,50 248,85
0,15
1
Tubo 1 A 289,45 339,51 321,61
B 304,14 354,22 337,03
Tubo 2 A 287,01 336,96 319,39
B 305,11 355,16 337,71
2
Tubo 1 A 286,65 336,54 319,04
B 304,83 355,01 338,02
Tubo 2 A 217,42 266,54 248,89
B 305,35 355,44 338,01
74
Cuadro 9.22. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 400 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Rec. vacío (g) Masa inicial (g) Masa final (g)
0,00
1
Tubo 1 A 286,91 336,89 318,85
B 304,78 354,74 338,57
Tubo 2 A 289,89 339,92 322,33
B 304,50 354,56 338,39
Tubo 1 A 287,12 338,41 318,79
B 305,18 355,41 337,55
Tubo 2 A 217,12 267,22 248,42
B 305,01 354,98 338,14
0,05
1
Tubo 1 A 287,34 337,38 319,90
B 304,04 354,01 337,40
Tubo 2 A 216,77 266,73 248,64
B 304,21 354,34 338,04
2
Tubo 1 A 289,26 339,31 320,89
B 306,01 355,94 338,41
Tubo 2 A 221,67 271,68 250,64
B 303,67 353,79 334,55
0,10
1
Tubo 1 A 286,68 336,91 319,03
B 304,56 354,86 338,16
Tubo 2 A 283,27 333,34 315,62
B 305,14 355,32 338,11
2
Tubo 1 A 286,94 336,94 319,31
B 304,99 355,35 338,54
Tubo 2 A 217,02 266,99 249,86
B 305,63 355,72 339,87
0,15
1
Tubo 1 A 287,95 337,97 320,01
B 304,61 354,61 337,05
Tubo 2 A 284,08 334,26 316,02
B 304,92 355,09 337,28
2
Tubo 1 A 287,18 337,48 320,83
B 305,01 355,3 339,28
Tubo 2 A 217,19 267,59 249,91
B 211,45 262,46 245,07
75
Cuadro 9.23. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 500 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Rec. vacío (g) Masa inicial (g) Masa final (g)
0,00
1
Tubo 1 A 289,47 339,42 320,90
B 304,30 354,35 338,00
Tubo 2 A 287,52 337,35 319,66
B 304,59 354,56 338,47
2
Tubo 1 A 287,09 337,27 318,96
B 304,42 354,74 338,56
Tubo 2 A 217,16 267,23 249,04
B 308,45 355,44 339,42
0,05
1
Tubo 1 A 284,36 334,40 316,20
B 304,40 354,57 337,67
Tubo 2 A 287,81 337,85 319,92
B 305,04 355,02 338,30
2
Tubo 1 A 287,35 337,35 319,67
B 304,83 354,79 337,99
Tubo 2 A 216,45 266,64 249,13
B 304,87 355,61 339,34
0,10
1
Tubo 1 A 287,01 337,00 319,44
B 304,78 354,82 338,06
Tubo 2 A 284,12 334,11 316,62
B 305,18 355,40 339,03
2
Tubo 1 A 287,63 337,72 319,44
B 304,88 354,79 337,81
Tubo 2 A 216,67 266,68 249,33
B 305,38 355,87 339,71
0,15
1
Tubo 1 A 287,83 338,04 319,84
B 304,95 354,88 337,75
Tubo 2 A 284,02 334,03 316,40
B 304,96 354,92 337,68
2
Tubo 1 A 288,18 338,19 321,23
B 304,06 354,2 338,08
Tubo 2 A 214,84 264,93 249,92
B 212,75 262,81 248,02
77
10. Resultados intermedios
Cuadro 10.1. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis por
quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el 20/10/2015
Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
0,03 -16,0 0,03 -38,0 0,03 -30,0 0,03 -48,0 0,05 0,0
0,08 12,0 0,08 0,0 0,08 0,0 0,08 32,0 0,13 224,0
0,13 150,0 0,15 156,0 0,13 168,0 0,13 238,0 0,18 268,0
0,18 134,0 0,23 248,0 0,18 194,0 0,18 210,0 0,23 200,0
0,23 134,0 0,28 286,0 0,23 160,0 0,23 230,0 0,28 232,0
0,28 132,0 0,33 224,0 0,28 106,0 0,28 248,0 0,33 246,0
0,33 258,0 0,38 384,0 0,33 354,0 0,33 258,0 0,38 336,0
0,38 358,0 0,43 136,0 0,38 232,0 0,38 192,0 0,43 114,0
0,43 180,0 0,48 178,0 0,43 124,0 0,43 230,0 0,48 118,0
0,48 180,0 0,53 96,0 0,48 236,0 0,48 44,0 0,53 124,0
0,55 94,0 0,58 84,0 0,53 0,0 0,53 60,0 0,58 66,0
0,65 54,0 0,63 54,0 0,58 82,0 0,58 68,0 0,65 36,0
0,75 41,0 0,68 30,0 0,63 66,0 0,63 62,0 - -
- - 0,75 54,0 - - 0,70 32,0 - -
Cuadro 10.2. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis por
quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el 18/01/2016
Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
0,03 -54,0 0,03 -102,0 0,03 4,0 0,03 -72,0 0,03 -80,0
0,08 -32,0 0,08 -104,0 0,08 -38,0 0,08 -150,0 0,08 -116,0
0,13 -20,0 0,13 -128,0 0,13 -98,0 0,13 -66,0 0,13 -48,0
0,18 -18,0 0,18 -52,0 0,18 -84,0 0,18 240,0 0,18 -46,0
0,23 62,0 0,23 72,0 0,23 60,0 0,23 -60,0 0,23 70,0
0,28 270,0 0,28 212,0 0,28 64,0 0,28 178,0 0,28 112,0
0,33 732,0 0,33 668,0 0,33 130,0 0,35 636,0 0,33 536,0
78
Cuadro 10.2. (Continuación) Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis
por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el
18/01/2016
Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom
AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
0,38 826,0 0,38 540,0 0,38 560,0 0,43 196,0 0,38 488,0
0,43 350,0 0,43 310,0 0,45 231,0 0,48 136,0 0,43 344,0
0,48 300,0 0,48 232,0 0,53 372,0 0,53 124,0 0,48 164,0
0,53 320,0 0,55 105,0 0,58 108,0 0,58 104,0 0,53 154,0
0,60 133,0 0,65 97,0 0,65 77,0 0,63 50,0 0,58 72,0
0,70 98,0 0,75 52,0 0,75 68,0 0,68 52,0 0,63 112,0
0,80 72,0 0,85 41,0 0,85 58,0 0,75 48,0 0,70 65,0
Cuadro 10.3. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-
112 tomado el 20/10/2015
Determinación \ Réplica 1 2 3 4 5
Masa de la muestra (g) 40,11 41,48 40,54 39,72 42,71
vAgNO3 consumido (mL) 0,38 0,38 0,33 0,33 0,38
vAgNO3 blanco (mL) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
CnAgNO3 (mol / L) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Cant. de cloro (μmol) 3,80 3,80 3,30 3,30 3,80
Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633
Cloruros (%) 0,0087 0,0085 0,0075 0,0077 0,0082
Concentración (mg/kg) 87,48 84,59 75,16 76,71 82,15
Concentración promedio (mg/kg) 81,22 ̴ 80
Cuadro 10.4. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-
112 tomado el 18/01/2016
Determinación \ Réplica 1 2 3 4 5
Masa de la muestra (g) 40,09 40,49 39,92 40,20 40,33
vAgNO3 consumido (mL) 0,38 0,33 0,38 0,35 0,33
vAgNO3 blanco (mL) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
79
Cuadro 10.4. (Continuación) Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro
en el asfalto del T-112 tomado el 18/01/2016
Determinación \ Réplica 1 2 3 4 5
CnAgNO3 (mol / L) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Cant. de cloro (μmol) 3,80 3,30 3,80 3,50 3,30
Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633
Cloruros (%) 0,0088 0,0075 0,0088 0,0080 0,0076
Concentración (mg/kg) 87,52 75,25 87,89 80,39 75,55
Concentración promedio (mg/kg) 81,32 ̴ 80
Cuadro 10.5. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones asfálticas
con una concentración de cloruros de 80 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 2673,53 375 2298,49 1166,93 70,72 3536,14 0,00 0,00
2 2782,88 382 2400,73 1218,83 73,87 3693,43 0,00 0,00
0,05 1 2550,44 390 2160,44 1096,84 66,48 3323,75 1,66 2,13
2 2690,81 380 2310,81 1173,18 71,10 3555,09 1,78 26,9
0,10 1 2858,13 385 2473,13 1255,59 76,10 3804,82 3,80 4,88
2 2784,52 380 2404,52 1220,76 73,99 3699,26 3,70 4,74
0,15 1 2852,83 383 2469,83 1253,91 75,99 3799,74 5,70 7,31
2 2529,51 380 2149,51 1091,29 66,14 3306,94 4,96 6,36
Cuadro 10.6. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones asfálticas
con una concentración de cloruros de 100 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 3014,81 441 2573,46 1306,53 79,18 3959,17 0,00 0,00
2 2867,58 380 2487,58 1262,93 76,54 3827,05 0,00 0,00
0,05 1 2900,4 390 2510,4 1274,51 77,24 3862,15 1,93 2,48
2 2818,38 380 2438,38 1237,95 75,03 3751,35 1,88 2,40
0,10 1 2797,3 385 2412,3 1224,71 74,22 3711,23 3,71 4,76
2 2986,48 383 2603,48 1321,77 80,11 4005,35 4,01 5,14
0,15 1 2693,42 383 2310,42 1172,98 71,09 3554,49 5,33 6,84
2 3097,8 377 2720,74 1381,30 83,72 4185,75 6,28 8,05
80
Cuadro 10.7. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones asfálticas
con una concentración de cloruros de 150 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 2877,86 474 2404,31 1220,65 73,98 3698,94 0,00 2877,86
2 2929,15 380 2549,15 1294,18 78,44 3921,77 0,00 0,00
0,05 1 2983,1 390 2593,1 1316,50 79,79 3989,38 1,99 2983,1
2 2641,26 380 2261,26 1148,02 69,58 3478,86 1,74 2641,26
0,10 1 2821,6 383 2438,6 1238,06 75,03 3751,69 3,75 2821,6
2 2659,45 375 2284,45 1159,80 70,29 3514,54 3,51 2659,45
0,15 1 2803,95 383 2420,95 1229,10 74,49 3724,54 5,59 2803,95
2 2911,24 375 2536,2 1287,61 78,04 3901,85 5,85 2911,24
Cuadro 10.8. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones asfálticas
con una concentración de cloruros de 200 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 2768,75 390 2378,55 1207,57 73,19 3659,31 0,00 0,00
2 2673,78 380 2293,78 1164,53 70,58 3528,89 0,00 0,00
0,05 1 3062,22 385 2677,22 1359,20 82,38 4118,80 2,06 2,64
2 3086,36 380 2706,36 1374,00 83,27 4163,63 2,08 2,67
0,10 1 2758,1 383 2375,1 1205,82 73,08 3654,00 3,65 4,68
2 3072,62 380 2692,62 1367,02 82,85 4142,49 4,14 5,31
0,15 1 3007,3 380 2627,3 1333,86 80,84 4042,00 6,06 7,77
2 2956,8 375 2581,8 1310,76 79,44 3972,00 5,96 7,64
Cuadro 10.9. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones asfálticas
con una concentración de cloruros de 300 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 2717,35 377 2340,35 1188,18 72,01 3600,54 0,00 0,00
2 2653,21 380 2273,21 1154,09 69,94 3497,25 0,00 0,00
81
Cuadro 10.9. (Continuación) Determinación de la masa necesaria de cada componente de las
emulsiones asfálticas con una concentración de cloruros de 300 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,05 1 3298,37 380 2918,37 1481,63 89,80 4489,80 2,24 2,88
2 3028,36 380 2648,36 1344,55 81,49 4074,40 2,04 2,61
0,10 1 3039,6 380 2659,6 1350,26 81,83 4091,69 4,09 5,25
2 3081,37 380 2701,37 1371,46 83,12 4155,95 4,16 5,33
0,15 1 2659,34 379 2280,29 1157,69 70,16 3508,14 5,26 6,75
2 2965,73 380 2585,73 1312,76 79,56 3978,05 5,97 7,65
Cuadro 10.10. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 400 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 2797,2 377 2420,2 1228,72 74,47 3723,38 0,00 0,00
2 2924,08 380 2544,08 1291,61 78,28 3913,97 0,00 0,00
0,05 1 2978,37 377 2601,37 1320,70 80,04 4002,11 2,00 2,57
2 2841,04 380 2461,04 1249,45 75,72 3786,22 1,89 2,43
0,10 1 3212,2 377 2835,2 1439,41 87,24 4361,85 4,36 5,59
2 3140,93 380 2760,93 1401,70 84,95 4247,58 4,25 5,45
0,15 1 2933,07 377 2556,07 1297,70 78,65 3932,42 5,90 7,56
2 3035,41 380 2655,41 1348,13 81,70 4085,25 6,13 7,86
Cuadro 10.11. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones
asfálticas con una concentración de cloruros de 500 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,00 1 3311,28 377 2934,28 1489,71 90,29 4514,28 0,00 0,00
2 2891,66 380 2511,66 1275,15 77,28 3864,09 0,00 0,00
0,05 1 2523,44 380 2143,44 1088,21 65,95 3297,60 1,65 2,11
2 2902,45 380 2522,45 1280,63 77,61 3880,69 1,94 2,49
82
Cuadro 10.11. (Continuación) Determinación de la masa necesaria de cada componente de las
emulsiones asfálticas con una concentración de cloruros de 500 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica
Lata +
muestra
(g)
Lata +
residuo
(g)
Asfalto
(g)
Agua
(g)
Emulsi-
ficante
(g)
Total
(g)
CaCl2
(g)
CaCl2
adi. (g)
0,10 1 2876,79 380 2496,79 1267,60 76,82 3841,22 3,84 4,92
2 3169,47 380 2789,47 1416,19 85,83 4291,49 4,29 5,50
0,15 1 2729,33 380 2349,33 1192,74 72,29 3614,35 5,42 6,95
2 3006,77 380 2626,77 1333,59 80,82 4041,18 6,06 7,77
Cuadro 10.12. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del contenido
de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores nominales de
100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg
100 mg/kg 150 mg/kg 200 mg/kg vprom AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
0,03 -116,0 0,03 46,0 0,03 -42,0
0,08 -28,0 0,08 30,0 0,08 -30,0
0,13 -24,0 0,13 132,0 0,13 -34,0
0,18 56,0 0,18 162,0 0,18 -32,0
0,23 114,0 0,25 98,0 0,23 -32,0
0,28 270,0 0,33 186,0 0,28 -22,0
0,33 448,0 0,38 240,0 0,33 -32,0
0,38 638,0 0,45 433,0 0,38 -48,0
0,43 276,0 0,55 556,0 0,45 -21,0
0,48 182,0 0,65 195,0 0,55 8,0
0,55 110,0 0,75 20,0 0,65 295,0
0,65 75,0 0,85 35,0 0,73 594,0
0,75 42,0 0,98 2,7 0,80 244,0
0,85 48,0 - - 0,90 142,0
- - - - 1,00 69,0
- - - - 1,10 65,0
- - - - 1,20 52,0
- - - - 1,30 36,0
83
Cuadro 10.13. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del contenido
de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores nominales de
300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg
300 mg/kg 400 mg/kg 500 mg/kg vprom AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
vprom AgNO3
(mL)
ΔV/Δv
(mV/mL)
0,05 -44,0 0,25 -6,6 0,08 -15,3
0,15 -24,0 0,75 -3,8 0,23 -20,0
0,25 -20,0 1,18 -5,1 0,38 -7,3
0,35 -18,0 1,40 86,0 0,53 -9,3
0,45 -19,0 1,48 492,0 0,68 -9,3
0,53 -36,0 1,53 618,0 0,88 -4,0
0,58 40,0 1,60 135,0 1,13 22,0
0,63 78,0 1,70 55,0 1,28 570,0
0,68 94,0 1,88 68,8 1,33 508,0
0,73 96,0 2,25 20,6 1,38 690,0
0,78 222,0 2,90 5,9 1,43 380,0
0,83 292,0 3,45 15,0 1,50 77,0
0,88 698,0 3,75 14,7 1,68 29,6
0,93 1140,0 4,05 14,3 1,90 24,0
0,98 104,0 4,35 12,0 2,13 6,8
1,03 62,0 - - - -
1,08 80,0 - - - -
Cuadro 10.14. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto
después de enriquecimiento a 100 mg/kg y 150 mg/kg
Determinación \ Valor nominal 100 mg/kg 150 mg/kg
Masa de la muestra (g) 40,0300 40,7200
vAgNO3 consumido (mL) 0,3800 0,5500
vAgNO3 blanco (mL) 0,0000 0,0000
CnAgNO3 (mol / L) 0,0100 0,0100
Cant. de cloro (μmol) 3,8000 5,5000
Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633
Clururos (%) 0,0088 0,0125
Concentración (mg/kg) 87,65 124,72
84
Cuadro 10.15. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto
después de enriquecimiento a 200 mg/kg y 300 mg/kg
Determinación \ Valor nominal 200 mg/kg 300 mg/kg
Masa de la muestra (g) 40,5700 40,0800
vAgNO3 consumido (mL) 0,7300 0,9300
vAgNO3 blanco (mL) 0,0000 0,0000
CnAgNO3 (mol / L) 0,0100 0,0100
Cant. de cloro (μmol) 7,3000 9,3000
Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633
Clururos (%) 0,0166 0,0214
Concentración (mg/kg) 166,14 214,25
Cuadro 10.16. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto
después de enriquecimiento a 400 mg/kg y 500 mg/kg
Determinación \ Valor nominal 400 mg/kg 500 mg/kg
Masa de la muestra (g) 40,4500 40,3300
vAgNO3 consumido (mL) 1,5300 1,3800
vAgNO3 blanco (mL) 0,0000 0,0000
CnAgNO3 (mol / L) 0,0100 0,0100
Cant. de cloro (μmol) 15,3000 13,8000
Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633
Clururos (%) 0,0349 0,0316
Concentración (mg/kg) 349,25 315,95
Cuadro 10.17. Cálculo de la constante de orificio para la corrección de la viscosidad
Réplica 1 2 3 Promedio
Constante k 4,68 4,20 4,13 4,33
85
Cuadro 10.18. Viscosidad corregida para las emulsiones elaboradas sin aditivo a diferentes niveles
de concentración de cloruro en el asfalto
Contenido
de cloruro Réplica Día y viscosidad Resultados
80 mg/kg
1 Día 0 3 8 11 14 17 21
Viscosidad μSSF (s) 63 70 77 64 81 85 88
2 Día 0 3 8 11 15 19 22
Viscosidad μSSF (s) 64 67 68 67 71 73 74
100 mg/kg
1 Día 0 3 7 10 13 16 20
Viscosidad μSSF (s) 65 73 81 82 88 85 90
2 Día 0 6 12 16 20 23 -
Viscosidad μSSF (s) 61 63 75 70 80 83 -
150 mg/kg
1 Día 0 2 6 9 12 15 19
Viscosidad μSSF (s) 69 76 83 85 97 95 97
2 Día 0 3 8 13 17 20 23
Viscosidad μSSF (s) 69 77 81 89 97 98 97
200 mg/kg
1 Día 0 3 7 10 14 18 22
Viscosidad μSSF (s) 75 80 82 85 88 92 95
2 Día 0 5 11 15 19 24 -
Viscosidad μSSF (s) 67 71 82 80 87 91 -
300 mg/kg
1 Día 0 5 9 13 19 26 -
Viscosidad μSSF (s) 87 87 88 94 97 100 -
2 Día 0 4 9 14 18 23 -
Viscosidad μSSF (s) 76 79 83 82 86 89 -
400 mg/kg
1 Día 0 5 11 15 18 20 -
Viscosidad μSSF (s) 100 107 106 111 109 110 -
2 Día 0 6 10 14 17 22 -
Viscosidad μSSF (s) 105 105 102 109 110 110 -
500 mg/kg
1 Día 0 6 13 18 25 32 -
Viscosidad μSSF (s) 109 106 97 103 103 107 -
2 Día 0 5 9 13 14 19 -
Viscosidad μSSF (s) 115 116 110 110 113 118 -
86
Cuadro 10.19. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 5 12 19
Viscosidad μSSF (s) 88 90 90 92
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 91 91 93 91
0,10
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 88 87 97 79
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 92 89 100 79
0,15
1 Día 0 7 14 22
Viscosidad μSSF (s) 58 55 57 45
2 Día 0 7 13 20
Viscosidad μSSF (s) 61 56 55 51
Cuadro 10.20. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
100 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 5 11 18
Viscosidad μSSF (s) 81 80 81 81
2 Día 0 7 16 21
Viscosidad μSSF (s) 78 78 78 77
0,10
1 Día 0 7 13 20
Viscosidad μSSF (s) 83 76 84 80
2 Día 0 9 16 23
Viscosidad μSSF (s) 87 89 89 90
0,15
1 Día 0 7 12 20
Viscosidad μSSF (s) 77 80 80 79
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 85 83 91 89
87
Cuadro 10.21. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
150 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 8 15 22
Viscosidad μSSF (s) 77 75 73 73
2 Día 0 7 13 21
Viscosidad μSSF (s) 91 83 78 87
0,10
1 Día 0 8 15 22
Viscosidad μSSF (s) 88 87 89 95
2 Día 0 6 13 20
Viscosidad μSSF (s) 87 84 79 82
0,15
1 Día 0 7 14 20
Viscosidad μSSF (s) 79 76 74 73
2 Día 0 8 15 22
Viscosidad μSSF (s) 90 88 71 87
Cuadro 10.22. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
200 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 74 73 73 74
2 Día 0 7 14 22
Viscosidad μSSF (s) 100 90 85 91
0,10
1 Día 0 7 14 22
Viscosidad μSSF (s) 63 77 75 65
2 Día 0 6 14 19
Viscosidad μSSF (s) 79 74 75 73
0,15
1 Día 0 7 14 23
Viscosidad μSSF (s) 73 68 76 80
2 Día 0 8 16 22
Viscosidad μSSF (s) 73 72 73 74
88
Cuadro 10.23. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
300 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 74 71 70 76
2 Día 0 8 15 22
Viscosidad μSSF (s) 61 64 64 63
0,10
1 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 91 97 94 134
2 Día 0 7 13 15
Viscosidad μSSF (s) 67 75 74 72
0,15
1 Día 0 7 15 22
Viscosidad μSSF (s) 91 91 87 88
2 Día 0 7 12 15
Viscosidad μSSF (s) 73 65 70 65
Cuadro 10.24. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
400 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 7 14 23
Viscosidad μSSF (s) 86 82 82 86
2 Día 0 7 15 22
Viscosidad μSSF (s) 63 66 63 65
0,10
1 Día 0 7 14 22
Viscosidad μSSF (s) 87 75 89 83
2 Día 0 8 14 16
Viscosidad μSSF (s) 69 63 69 65
0,15
1 Día 0 7 15 23
Viscosidad μSSF (s) 76 71 73 76
2 Día 0 6 11 13
Viscosidad μSSF (s) 76 62 65 70
89
Cuadro 10.25. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de
500 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio
adicionados en la mezcla jabonosa
CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados
0,05
1 Día 0 8 15 22
Viscosidad μSSF (s) 75 72 75 75
2 Día 0 7 14 21
Viscosidad μSSF (s) 102 100 95 98
0,10
1 Día 0 7 16 23
Viscosidad μSSF (s) 82 78 82 79
2 Día 0 7 13 15
Viscosidad μSSF (s) 75 64 67 67
0,15
1 Día 0 7 15 22
Viscosidad μSSF (s) 88 83 87 88
2 Día 0 5 10 12
Viscosidad μSSF (s) 89 90 92 94
Cuadro 10.26. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 80 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Residual
(%)
Estabilidad
(%)
Promedio
(%)
0,00
1
Tubo 1 A 34,16
14,30
29,25 B 48,46
Tubo 2 A 28,52
44,20 B 72,72
2
Tubo 1 A 61,44
0,65
0,64 B 62,09
Tubo 2 A 61,79
0,63 B 62,42
0,05
1
Tubo 1 A 62,40
0,64
0,58 B 63,04
Tubo 2 A 66,43
0,53 B 66,95
2
Tubo 1 A 63,81
0,54
0,61 B 64,35
Tubo 2 A 63,17
0,69 B 63,86
90
Cuadro 10.26. (Continuación) Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Residual
(%)
Estabilidad
(%)
Promedio
(%)
0,10
1
Tubo 1 A 64,10
0,33
0,56 B 64,43
Tubo 2 A 64,35
0,80 B 65,15
2
Tubo 1 A 61,17
0,55
0,50 B 61,72
Tubo 2 A 64,20
0,45 B 64,65
0,15
1
Tubo 1 A 65,60
0,20
0,50 B 65,80
Tubo 2 A 65,17
0,80 B 65,96
2
Tubo 1 A 64,58
0,74
0,42 B 65,32
Tubo 2 A 65,60
0,11 B 65,71
Cuadro 10.27. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 100 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Residual
(%)
Estabilidad
(%)
Promedio
(%)
0,00
1
Tubo 1 A 63,47
1,78
1,35 B 65,25
Tubo 2 A 65,42
0,92 B 66,34
2
Tubo 1 A 54,85
4,41
4,49 B 59,26
Tubo 2 A 56,74
4,57 B 61,31
91
Cuadro 10.27. (Continuación)Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones
preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del
tubo
Residual
(%)
Estabilidad
(%)
Promedio
(%)
0,05
1
Tubo 1 A 62,58
2,44
1,50 B 65,03
Tubo 2 A 62,75
0,55 B 63,31
2
Tubo 1 A 64,99
0,29
0,39 B 65,28
Tubo 2 A 65,15
0,48 B 65,63
0,10
1
Tubo 1 A 65,51
1,05
0,82 B 66,57
Tubo 2 A 65,83
0,59 B 66,41
2
Tubo 1 A 65,16
0,19
0,45 B 65,35
Tubo 2 A 65,39
0,71 B 66,09
0,15
1
Tubo 1 A 65,23
1,51
0,47 B 66,74
Tubo 2 A 65,04
-0,57 B 64,47
2
Tubo 1 A 67,14
0,80
0,96 B 67,94
Tubo 2 A 64,26
1,11 B 65,38
92
Cuadro 10.28. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 150 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Residual
(%) Estabilidad (%) Promedio (%)
0,00
1
Tubo 1 A 55,46
3,44
2,51 B 58,90
Tubo 2 A 56,36
1,58 B 57,94
2
Tubo 1 A 56,15
2,05
2,45 B 58,20
Tubo 2 A 56,90
2,86 B 59,76
0,05
1
Tubo 1 A 64,28
1,50
1,60 B 65,78
Tubo 2 A 64,35
1,69 B 66,03
2
Tubo 1 A 65,65
0,77
0,66 B 66,42
Tubo 2 A 65,74
0,55 B 66,29
0,10
1
Tubo 1 A 62,91
0,87
0,60 B 63,78
Tubo 2 A 65,33
0,32 B 65,66
2
Tubo 1 A 65,08
0,58
0,88 B 65,66
Tubo 2 A 64,99
1,18 B 66,17
0,15
1
Tubo 1 A 64,65
1,02
0,96 B 65,67
Tubo 2 A 64,79
0,89 B 65,68
2
Tubo 1 A 63,40
0,68
0,64 B 64,08
Tubo 2 A 63,48
0,60 B 64,08
93
Cuadro 10.29. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 200 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Residual
(%) Estabilidad (%) Promedio (%)
0,00
1
Tubo 1 A 57,50
3,64
3,06 B 61,14
Tubo 2 A 56,93
2,49 B 59,42
2
Tubo 1 A 65,25
3,33
2,90 B 68,58
Tubo 2 A 66,26
2,47 B 68,73
0,05
1
Tubo 1 A 64,78
3,71
1,13 B 68,49
Tubo 2 A 64,73
-1,46 B 63,27
2
Tubo 1 A 65,47
1,34
1,38 B 66,81
Tubo 2 A 65,24
1,42 B 66,66
0,10
1
Tubo 1 A 66,25
0,38
0,72 B 66,63
Tubo 2 A 65,99
1,06 B 67,06
2
Tubo 1 A 64,80
2,58
0,85 B 67,38
Tubo 2 A 65,41
-0,87 B 64,54
0,15
1
Tubo 1 A 70,08
0,44
0,97 B 70,52
Tubo 2 A 70,29
1,50 B 71,79
2
Tubo 1 A 75,07
0,87
0,93 B 75,94
Tubo 2 A 70,59
1,00 B 71,59
94
Cuadro 10.30. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 300 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Residual
(%) Estabilidad (%) Promedio (%)
0,00
1
Tubo 1 A 63,10
3,55
3,19 B 66,65
Tubo 2 A 62,79
2,83 B 65,62
2
Tubo 1 A 64,21
2,12
3,44 B 66,33
Tubo 2 A 63,70
4,77 B 68,47
0,05
1
Tubo 1 A 62,18
2,72
2,34 B 64,89
Tubo 2 A 63,13
1,97 B 65,10
2
Tubo 1 A 61,70
1,55
1,72 B 63,25
Tubo 2 A 62,97
1,89 B 64,87
0,10
1
Tubo 1 A 64,36
1,07
1,07 B 65,43
Tubo 2 A 64,63
1,07 B 65,69
2
Tubo 1 A 64,51
2,09
1,42 B 66,60
Tubo 2 A 63,96
0,75 B 64,71
0,15
1
Tubo 1 A 64,24
1,43
0,87 B 65,67
Tubo 2 A 64,82
0,31 B 65,13
2
Tubo 1 A 64,92
1,22
1,18 B 66,14
Tubo 2 A 64,07
1,14 B 65,20
95
Cuadro 10.31. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 400 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Residual
(%) Estabilidad (%) Promedio (%)
0,00
1
Tubo 1 A 63,91
3,73
3,29 B 67,63
Tubo 2 A 64,84
2,86 B 67,70
2
Tubo 1 A 61,75
2,70
3,26 B 64,44
Tubo 2 A 62,48
3,82 B 66,30
0,05
1
Tubo 1 A 65,07
1,69
2,69 B 66,76
Tubo 2 A 63,79
3,69 B 67,48
2
Tubo 1 A 63,20
1,69
2,69 B 64,89
Tubo 2 A 57,93
3,68 B 61,61
0,10
1
Tubo 1 A 64,40
2,40
1,74 B 66,80
Tubo 2 A 64,61
1,09 B 65,70
2
Tubo 1 A 64,74
1,88
2,26 B 66,62
Tubo 2 A 65,72
2,64 B 68,36
0,15
1
Tubo 1 A 64,09
0,79
0,82 B 64,88
Tubo 2 A 63,65
0,85 B 64,50
2
Tubo 1 A 66,90
1,25
1,12 B 68,14
Tubo 2 A 64,92
0,99 B 65,91
96
Cuadro 10.32. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a
una concentración de cloruros de 500 mg/kg
CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Residual
(%) Estabilidad (%) Promedio (%)
0,00
1
Tubo 1 A 62,92
4,41
3,86 B 67,33
Tubo 2 A 64,50
3,30 B 67,80
2
Tubo 1 A 63,51
4,33
3,29 B 67,85
Tubo 2 A 63,67
2,24 B 65,91
0,05
1
Tubo 1 A 63,63
2,69
2,53 B 66,31
Tubo 2 A 64,17
2,38 B 66,55
2
Tubo 1 A 64,64
1,73
2,28 B 66,37
Tubo 2 A 65,11
2,82 B 67,93
0,10
1
Tubo 1 A 64,87
1,63
2,01 B 66,51
Tubo 2 A 65,01
2,39 B 67,40
2
Tubo 1 A 63,51
2,47
2,58 B 65,98
Tubo 2 A 65,31
2,69 B 67,99
0,15
1
Tubo 1 A 63,75
1,94
1,34 B 65,69
Tubo 2 A 64,75
0,75 B 65,49
2
Tubo 1 A 66,09
1,76
1,09 B 67,85
Tubo 2 A 70,03
0,42 B 70,46
97
11. Muestra de Cálculo
C.1. Cálculo de la constante de orificio del viscosímetro de Saybolt
Para el cálculo de la constante del orificio de un viscosímetro se requiere contar con una sustancia
patrón, de la cual se conoce con exactitud su viscosidad, por lo tanto se mide dicho parámetro y se
calcula una constante para realizar la corrección correspondiente a las mediciones que se lleven a
cabo. Esto se calcula con la ecuación C.1.1
k =µs
µSSF (C.1.1)
Sustituyendo los valores mostrados en el cuadro 9.4 fila 2 columna 2 y fila 2 columna 3:
k = 692
148,8 = 4,7 s
Dicho dato se reporta en el cuadro 10.17 fila 2 y columna 2. Sin embargo se usa el promedio de las
tres réplicas que es 4,33 s.
C.2. Cálculo de la corrección a la viscosidad de las emulsiones asfálticas con la
constante del orificio
A la hora de medir la viscosidad, dicho valor se corrige con la constante obtenida en el cálculo C.1.
Por ende los resultados mostrados se deben corregir y aparecen los intermedios. Para ello se usa la
ecuación C.2.1
µSSF
=μ 𝑠k
(C.2.1)
Sustituyendo los valores mostrados en el cuadro 9.9 fila 3 y columna 4, y en el cuadro 10.17 fila 2 y
columna 5.
µSSF
= 271
4,33 = 63 s
Se muestra el resultado en el cuadro 10.18 fila 2 y columna 4. Sin embargo, a lo largo de este
documento todas las viscosidades se expresan como en unidades del SI (s). Cuando la viscosidad se
esté expresada como SSF, esta se expresará con la utilización de un subíndice.
98
C.3. Cálculo del porcentaje de estabilidad de las emulsiones asfálticas
Para calcular el porcentaje de estabilidad de una emulsión se miden los recipientes vacíos, la
muestra a analizar y el residual. A partir de estos datos se calcula en el residual para el tope (A), para
el fondo (B), y le resta de estos porcentajes es el porcentaje de estabilidad de una emulsión. Se
emplean las ecuaciones C.3.1 y C.3.2
A = mf -mrec
mi -mrec
∙100 % (C.3.1)
ε = B - A (C.3.2)
Sustituyendo en la ecuación C.3.1 los resultados mostrados en el cuadro 9.17 fila 2 y columnas 5, 6
y 7.
A = 425,96 - 410,80
455,18 - 410,80∙100 % = 34.16 %
El resultado se muestra en el cuadro 10.26 fila 2 y columna 5. Por consiguiente se sustituye en la
ecuación C.3.2 los datos del cuadro 10.26 columna 5 filas 2 y 3.
ε = 48,46 % - 34,16 % = 14,30 %
Dicho resultado se muestra en el cuadro 10.26 en la fila 2 columna 4.
C.4. Cálculo del contenido de sales en mezclas asfálticas
Dicha prueba asume que el contenido mayoritario y que se determina la concentración de cloruros.
Se hace una valoración potenciométrica y con ayuda de la gráfica de la primera derivada se
determina el volumen consumido de AgNO3. Se calcula la cantidad de cloruros en una alícuota en
unidades de μmol con la ecuación C.4.1.
C = (vAgNO3 –vb)·CnAgNO3·103 (C.4.1)
Una vez calculada la cantidad de cloro se determina con la ecuación C.4.2 el contenido salino en el
asfalto.
99
CnCl- =
C ∙ 58,44
mMue ∙ F ∙ 106∙1000 (C.4.2)
Sustituyendo en la ecuación C.4.1 los datos del cuadro 10.3, filas 2, 3 y 4 de la columna 2.
C = (0,38 - 0,00) · 0,01·103 = 3,80 μmol
Dicho dato se reporta en el cuadro 10.3 fila 6 columna 3. Ahora calculando con el resultado
anterior y los datos del cuadro 10.3, filas 2 y 7 de la columna 3.
Cn𝐶𝑙− = 3,8 ∙ 58,44
40,110 ∙ 0,633 ∙106∙1000 = 87,48
mg
kg
Este resultado se encuentra en el Cuadro 10.3 columna 2, fila 9.
C.5. Cálculo de la primera derivada para la determinación del punto de inflexión en la
valoración potenciométrica
Para el cálculo de la primera derivada, se calcula el cociente de la diferencia de los valores de
potencia y de volumen de valorante (AgNO3) consumido entre adiciones consecutivas del mismo.
Se utiliza la ecuación C.5.1:
∆V
∆v=
V2-V1
v2-v1
(C.5.1)
Donde 1 y 2 se utilizan para denotar un dato y el siguiente. Sustituyendo los datos del Cuadro 9.5
columnas 1 y 2, filas 1 y 2; se obtiene:
∆V
∆v=
-56,3--55,5
0,05-0,00= -16,0
mV
mL
Este resultado se encuentra en el Cuadro 10.1 columna 2, fila 3.
103
Anexo 1
Tabla 6 (RTCA)
Especificaciones de Calidad para emulsiones asfálticas catiónicas A)
ASTM D 2397-02
Nota 1 -Las emulsiones CQS-1 H deben cumplir los requerimientos resumidos en las Prácticas
Estándar D-3910 para Diseño, Prueba y Construcción de Sellado por Suspensión
Nota 2 - El CQS -1h se utiliza para Sistemas de Sellado por Suspensión de Fraguado Acelerado
CARACTERÍSTICA UNIDADES
T I P O
Rompimiento
Rápido Medio Lento Acelerado
G R A D O
CRS -1 CRS - 2 CMS - 2 CMS - 2h CSS-1 CSS-1h CQS- 1H
Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx
Pruebas sobre la
emulsión
Viscosidad,
Saybolt Furol a 25ºC
Viscosidad
Saybolt
Furol a 50ºC
Prueba de estabilidad
en almacenamiento, 24
h A
SFS
SFS
%
---
20
---
---
100
1
---
100
---
---
400
1
---
50
---
---
450
1
---
50
---
---
450
1
20
---
---
100
---
1
20
---
---
100
---
1
20
---
---
100
---
---
Demulsibilidad, 35
mL, 0.8% sulfocianato
de dioctil sodio
%. 40 --- 40 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---
Habilidad de
revestimiento
y resistencia al agua:
Película agregado seco
Película después de
rociado
Película agregado
húmedo
Película después de
rociado
-------
-------
-------
-------
---
---
---
---
---
---
---
---
Buena
Regular
Regular
Regular
Buena
Regular
Regular
Regular
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
104
CARACTERÍSTICA UNIDADES
T I P O
Rompimiento
Rápido Medio Lento Acelerado
G R A D O
CRS -1 CRS - 2 CMS - 2 CMS - 2h CSS-1 CSS-1h CQS- 1H
Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx
Prueba de carga
eléctrica de
partículas
-------
Positiva Positiva Positiva Positiva Positiva Positiva Positiva
Prueba
de tamizado B)
%. --- 0,10 -- 0,1
0
--- 0,10 --- 0,10 --- 0,1
0
--- 0,10 --- 0,1
0
Prueba de mezclado
de cemento
%
---
---
---
---
---
---
---
---
---
2,0
---
2,0
---
N/A
Destilación :
Aceite destilado, por
Volumen de
emulsión
Residuo
%.
%.
---
60
3
---
---
65
3
---
---
65
12
---
---
65
12
---
---
57
---
---
---
57
---
---
---
57
---
---
Pruebas sobre el
residuo
de la destilación:
Penetración, 25ºC,
100 g, 5 s
Ductilidad, 25ºC, 5
cm/min
Solubilidad en
tricloroetileno
1/10 mm
cm
%
100
40
97,5
250
---
---
100
40
97,5
25
0
---
---
100
40
97,5
250
---
---
40
40
97,
5
90
---
---
100
40
97,5
250
---
---
40
40
97,5
90
---
---
40
40
97,5
90
---
---
A) Todas las pruebas referidas en esta tabla se deberán realizar de acuerdo a los Métodos de ASTM
D-244, con las excepciones definidas en el método ASTM D 2397
B) Esta prueba requiere que se realice sobre muestras representativas y será descartada si la
aplicación del material resulta exitosa, habiendo sido probada en el campo.
106
Tabla de contenido
Páginas
1. PROPÓSITO. ....................................................................................................................................... 107
2. ALCANCE. ........................................................................................................................................... 107
3. RESPONSABILIDADES. .................................................................................................................... 107
4. DEFINICIONES. .................................................................................................................................. 107
5. CONTENIDO. ...................................................................................................................................... 107
5.1. RESUMEN DEL MÉTODO............................................................................................................ 107
5.2. SIGNIFICADO Y USO .................................................................................................................... 107
5.3. INTERFERENCIAS Y CONDICIONES AMBIENTALES ......................................................... 108
5.4. EQUIPOS ......................................................................................................................................... 108
5.5. REACTIVOS Y MATERIALES ..................................................................................................... 109
5.6. CONTROL METROLÓGICO, CONTROL DE CALIDAD Y MATERIALES DE
REFERENCIA .............................................................................................................................................. 109
5.7. PROCEDIMIENTO......................................................................................................................... 109
5.8. CÁLCULOS ..................................................................................................................................... 110
5.9. PRECISIÓN Y SESGO ................................................................................................................... 110
6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA ................................................................................................. 111
7. ANEXOS .................................................................................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
8. ELABORACIÓN .................................................................................................................................. 111
107
1. Propósito
El objetivo de la presente metodología es estimar el contenido de sal en crudos, derivados del
petróleo, se basa en una extracción en fase acuosa y una valoración potenciométrica.
2. Alcance
Este método de ensayo está referenciado al ASTM D6470 y es aplicable para un ámbito de
análisis de 0,0005 % a 0,15 % m/m y puede ser ejecutado en las siguientes matrices: derivados
pesados del petróleo, crudo, residuos y aceites combustibles.
3. Responsabilidades
El Responsable Técnico deberá de asegurar el cumplimiento de este ensayo.
Es responsabilidad de los analistas ejecutar este ensayo.
4. Definiciones
Entiéndase por sales en el presente ensayo únicamente por cloruro de sodio.
5. Contenido
5.1. Resumen del método
Se homogeniza el crudo, se disuelve con xileno a 65 °C, se extraen las sales con acetona, etanol
y agua, en un aparato de extracción. Por último se toma una alícuota de la fase acuosa y se
valora potenciométricamente.
5.2. Significado y uso
La importancia de esta metodología radica en conocer el contenido de sales en la mezcla asfalto
con búnker C, ya que un porcentaje alto de éstas en el material, ocasiona problemas en las
propiedades de viscosidad y estabilidad de las emulsiones asfálticas. Por ende se plantea
estimar la cantidad de sales a partir de las cuales se tienen problemas técnicos en el producto, y
así estimar la cantidad de cloruro de calcio por agregar para corregir las propiedades de
viscosidad y estabilidad. Entre sus usos no se limita a emulsiones, también puede ser empleada
en crudos y otros productos pesados.
108
5.3. Interferencias y condiciones ambientales
5.3.1. Interferencias.
No se identificaron interferencias.
5.3.2. Condiciones ambientales.
Por la naturaleza del método no hay parámetros ambientales críticos.
5.4. Equipos
5.4.1. Balón de 500 mL fondo plano, bureta de 10,00 mL, condensador, plantilla de
calentamiento y agitación, pastilla magnética, 2 mangueras para agua, embudo
separador de 500 mL, potenciómetro y 4 beaker de 250 mL. En la figura 1 se muestra
el diagrama de la figura del montaje de los equipos para la extracción de las sales en
el medio acuoso.
Figura 1. Sistema de extracción para sales en medio acuoso
(Madrigal A., 2015).
109
5.5. Reactivos y materiales
5.5.1. Disolución de Nitrato de plata 0,1 Normal. Xileno. Etanol. Acetona. Agua
des-ionizada.
5.6. Control metrológico, control de calidad y materiales de referencia
5.6.1. Se debe de verificar el correcto estado de los electrodos y el potenciómetro, hacerle
lavados entre cada corrida, calibrar el equipo con patrones de pH conocido (4, 7 y 10).
5.7. Procedimiento
5.7.1. Pese 40 g (± 0,1 g) de asfalto en un beaker de 250 mL.
5.7.2. Disuelva y caliente con 40 mL de xileno (medidos con probeta de 100 mL) a una
temperatura de 65 °C (± 5 °C).
5.7.3. Trasvase cuantitativamente la disolución al balón de 500 mL de fondo plano, el
cual ya debe contener la pastilla de agitación, para ello realice 2 lavados con 15
mL de xileno al beaker.
5.7.4. Aún en caliente agregue al balón, 25 mL (medidos con probeta) de etanol al
95 %, 15 mL (medidos con probeta) de acetona y 125 mL de agua des-ionizada.
5.7.5. Monte el sistema mostrado en la sección de equipos figura 1 y encienda el
sistema de calentamiento y agitación. Tape con un algodón el reflujo, para
permitir que se libere presión y no se evaporen sustancias volátiles de interés.
5.7.6. La agitación debe ser vigorosa, una vez alcanzada la ebullición en el sistema,
permitir esta acción por 30 min. En ese punto se está dando una extracción de las
sales en el asfalto hacia el medio acuoso.
5.7.7. Finalizada la extracción, deje enfriar y trasvase a un embudo separador la
mezcla obtenida, permita que se dé una separación de las fases orgánica y
acuosa, generalmente con 1 h, máximo 2 h ya se alcanza el nivel deseado.
Separe por debajo la fase acuosa en un beaker de 100 mL y la orgánica proceda a
descartarla.
5.7.8. Proceda a calibrar el pH-metro. Monte un sistema de valoración
potenciométrica, con sistema de agitación magnético.
110
5.7.9. Tome una alícuota de 10,00 mL con ayuda de pipeta, colóquela en un beaker de
250 mL. Ajuste el volumen de valoración a 150 mL con acetona. Valore
potenciométricamente hasta que no tenga variación en los productos. Con ayuda
de la primera derivada encuentre el volumen en el cual ya se tiene el punto final
de la valoración.
5.7.10. Realice un blanco en el cual únicamente emplee agua des-ionizada.
5.8. Cálculos
Se realizan dos cálculos, primero la cantidad de cloro, luego el porcentaje másico de sales
en el asfalto, es gusto del analista si lo reporte en %m/m o en mg/kg. Para ellos se
emplean las ecuaciones 1 y 2.
A = (V - Vb) · C ·103 (1)
Donde:
A: Cantidad de cloro, µmol.
V: Volumen consumido de nitrato de plata en la muestra, mL.
Vb: Volumen consumido de nitrato de plata en el blanco, mL.
C: Concentración de nitrato de plata, mol/L.
X = A∙58,44
m∙P∙106 ·100 % (2)
Donde:
X: Porcentaje masa-masa, %
A: Cantidad de cloro, µmol.
m: Masa de muestra de asfalto, g.
P: Factor proporcional de dilución, 10/158, adimensional.
5.9. Precisión y sesgo
De acuerdo con la norma ASTM-6470 se le asigna una repetibilidad y sesgo análogo a
dicha metodología, sin embargo la práctica carece aún de validación.
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5.9.1. Repetibilidad:
r =0,0243 X 0,612 (3)
Donde X es el % m/m de sal obtenido.
5.9.2. Reproducibilidad:
R = 0,0477 X 0,612 (4)
Donde X es el % m/m de sal obtenido.
6. Documentos de referencia
ASTM D6470-99-R10. Standard test method for salt in crude oils (Potentiometric Method).
7. Elaboración:
Colaboraron en esta versión:
Paola Orozco Ballestero, Ing. Química, RECOPE S.A.
Adolfo Madrigal Calderón, Estudiante de Ing. Química, Universidad de Costa Rica