1.
Manolo David Remache rodríguez
02/09/13 09/09/13
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVOS:
Comprender de mejor manera los conceptos dentro de granulometría e identificar el concepto “tamaño nominal” durante el desarrollo del a práctica. Determinar la distribución granulométrica de las partículas de áridos finos y gruesos por medio del tamizado correspondiente de cada uno. Identificar ciertas propiedades características de los suelos granulares mediante el uso de este método. Familiarizar al estudiante con el uso correcto de los instrumentos de pruebas granulométricas y la consecución satisfactoria de resultados. Hacer uso de la norma INEN 872 y 696 para establecer los requisitos de granulometría y calidad para los áridos fino y grueso para utilizarlos en el hormigón.
MARCO TEÓRICO Para el ensayo granulométrico seguiremos el procedimiento según la norma NTE INEN 696:
Análisis Granulométrico en los áridos, fino y grueso. Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y gradación que se lleva a cabo de los granos de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, con fines de análisis, tanto de su srcen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica.
Método de determinación granulométrico: el método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices. Pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño. O también se pueden utilizar los rayos gamma.
MÉTODO DE ENSAYO
Ensayo de tamizado: para su realización se utiliza una serie de tamices con diferentes diámetros que son ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el tamiz de mayor diámetro, se agrega el material srcinal (suelo o sedimento mezclado) y la columna de tamices se somete a vibración y movimientos rotatorios intensos en una máquina especial. Luego de algunos minutos, se retiran los tamices y se desensamblan, tomando por separado los pesos de material retenido en cada uno de ellos y que, en su suma, deben corresponder al peso total del material que inicialmente se colocó en la columna de tamices (Conservación de la Masa).
Muestreo: muestrear el árido de conformidad con NTE INEN 695. El tamaño de la muestra de campo debe ser la cantidad indicada en el NTE INEN 695 o cuatro veces la cantidad requerida para árido grueso o mezclas de árido grueso y fino.
Curva Granulométrica: la curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Para este análisis se utilizan dos procedimientos en forma combinada, las partículas mayores se separan por medio de tamices con aberturas de malla estandarizadas, y luego se pesan las cantidades que han sido retenidas en cada tamiz. Las partículas menores se separan por el método hidrométrico. Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural.
% Retenido = (Peso de material retenido en tamiz * 100)/Peso total de la muestra % PASA = 100 – % Retenido Acumulado
REQUISITOS PARA EL ÁRIDO FINO
El árido fino consiste en arena natural, arena elaborada o una combinación de ellas. El árido fino, excepto por 2 casos particulares debe ser graduado dentro d los siguientes límites.
El árido fino no debe tener más de 45% pasante en cualquier tamiz y retenido en el siguiente consecutivo de aquellos indicados y su módulo de finura no debe ser menor que 2.3 ni mayor que 3.1.
REQUISITOS PARA EL ÁRIDO GRUESO
El árido grueso debe consistir en grava, grava triturada, piedra triturada, escoria de altos hornos enfriada al aire u hormigón de cemento hidráulico triturado, o una combinación de estos. El árido grueso debe cumplir con los requisitos para el número de tamaño especificado, indicados en la siguiente tabla. Se puede aceptar la utilización de áridos que no cumplan estrictamente con los requisitos de gradación siempre que el árido propuesto haya sido evaluado con pruebas previas de desempeño que demuestren que se obtienen resultados satisfactorios y que además se cuente con la aprobación expresa del especialista en hormigones y del responsable de la obra.
2. CÁLCULOS Y MÉTODO OPERATIVO Muestreo:
Muestrear el árido de conformidad con NTE INEN 695. Mezclar completamente la muestra y reducirla a una cantidad adecuada para el ensayo, utilizando los procedimientos descritos en la norma ASTM C 702. Árido Fino: el tamaño de la muestra para el ensayo, luego de secarla, debe ser como mínimo 300 gramos. Árido Grueso: el tamaño de la muestra para el ensayo de árido grueso debe cumplir con lo señalado en la tabla 1.
Procedimiento:
Tomar 300 gr. de muestra seca, de preferencia se realiza el ensayo para materiales arenosos. Secar la muestra hasta una masa constante a una temperatura de 110 °C +- 5 °C.
Seleccionar los tamices necesarios y adecuados que cubran los tamaños de las partículas del material a ensayarse, con el propósito de obtener información adicional utilizar tantos tamices adicionales como se desee o como sean necesarios. Ordenar los tamices en forma decreciente según el tamaño de su abertura, luego agitar los tamices manualmente o por medio de aparatos mecánicos durante un periodo suficiente. Limitar la cantidad de material sobre un determinado tamiz de manera que todas las partículas tengan oportunidad de llegar a las aberturas del tamiz algunas veces durante la operación de tamizado. Continuar tamizando por un periodo suficiente de forma tal que, después de la finalización, no más del 1% en masa del material retenido en cualquier tamiz individual pase el tamiz durante 1 min de tamizado manual. Evitar la sobrecarga de los tamices individuales. Determinar las masas de cada incremento de tamaño en una balanza que cumpla con los requisitos especificados con una precisión de 0.1% de la masa total de la muestra seca srcinal.
Equipo y Materiales:
Balanzas: para árido grueso o mezclas de áridos fino y grueso, debe ser legible y tener una precisión de 0.5 gr o 0.1% de la carga de ensayo. Tamices: se utilizan los tamices de la denominada serie módulo de finura.
Gruesos
Finos
3”………….. 76.2 mm 3/2”………. 38.1
N° 4………………. 4.75 mm N° 8………………. 2.36
3/4”………. 9.5 19.1 3/8”………. N° 4………. 4.75
N° 30…………….. 16…………….. 0.6 1.18 N° N° 50…………….. 0.3 N° 100…………… 0.15
Agitador de tamices mecánico. Horno: capaz de mantener una temperatura uniforme de 110°C ± 5°C.
CÁLCULOS
( )
Peso suelo seco = (peso cápsula + suelo seco) – (peso cápsula)
∑ MF= módulo de finura
**NOTA: los diámetros nominales D60, D30, D10 se los obtiene mediante la proyección vertical del punto correspondiente a cada porcentaje de muestra que pasa en el gráfico de la curva granulométrica. Para el presente estudio se realizó una regresión logarítmica buscando su ecuación en la cual se reemplazaran los datos de % que pasa de muestra y se obtendrá el diámetro nominal.
3. TABLAS, GRÁFICOS Y FOTOGRAFÍAS ÁRIDO GRUESO Tamiz N° 1"
Abertura (mm) 25.000
Peso Suelo Retenido (gr) 842.00
8.265
8.265
91.735
3/4"
19.000
4288.00
42.092
50.358
49.642
1/2"
12.500
4180.80
41.040
91.398
8.602
3/8"
9.500
687.10
6.745
98.143
1.857
4
4.750
138.10
1.356
99.498
0.502
51.10
0.502
100.000
0.000
Bandeja
W(total)= Fracción Retenido Malla N° 4 Pasa Malla N° 4 SUMA
% Retenido
% Retenido Acumulado
% Que pasa
10187.10
Peso Seco
Porcentaje Fracción
10136 gr
99.498
51.1 gr
0.502
10187.1
100.000
W recipiente = 1158.0 gr W recipiente+ suelo seco = 11334.0 gr W suelo seco = 10176.0 gr
Clasificación SUCS: grava mal graduada (GP) Observaciones: 1. Debido a que no se realizó el ensayo con los tamices de módulo de finura no se obtuvo el valor de MF. 2. No se estimó un rango de validez del árido grueso ya que dentro del ensayo no se pidió un número de tamaño específico.
CURVA GRANULOMÉTRICA (Árido grueso) 100.000 90.000 ) 80.000 % ( a70.000 s a p60.000 e u q50.000 e j ta40.000 n e30.000 rc o P20.000
10.000 0.000 100.000
10.000
1.000
0.100
Abertura (mm)
D 60: 20.5 mm D 30: 17.85 mm TOTAL: D 10: 13.7 mm Cu = 1.496 Cc = 1.134 MF: 3.477
0.010
0.001
Grava: 99.498 % Arena y Finos: 0.502 %
ÁRIDO FINO Localización: Rio Chalupas A.J. Guagui Fecha: 24-ago-13 Tamiz N°
3/8" 4 8 16 30 50 100 200
Abertura (mm)
% Retenido
9.5
Peso Suelo Retenido (gr) 5.01
% Retenido Acumulado
% Que pasa
4.75
49.10
1.003
1.003
98.997
9.832
10.835
2.36
89.165
97.20
19.463
30.298
69.702
1.18
142.20
28.474
58.771
41.229
0.6
120.30
24.088
82.860
17.140
0.3
64.30
12.875
95.735
4.265
0.15
17.60
3.524
99.259
0.741
0.075
2.60
0.521
99.780
0.220
1.10
0.220
100.000
0.000
Bandeja
W(total)=
499.41
Fracción Retenido Malla N° 4 Pasa Malla N° 4 SUMA
Peso Seco
Porcentaje Fracción
54.11 gr
10.835
445.3 gr
89.165
499.41
100.000
W recipiente = 165.7 gr W recipiente+ suelo seco = 665.71 gr W suelo seco = 500.01 gr
Clasificación SUCS: arena mal graduada (SP) Observaciones: 1. Teniendo en cuenta los requisitos para áridos finos dentro de la preparación de hormigón se trazó los límites que debe cumplir la curva granulométrica, con lo cual se obtuvo que este árido no cumple con los límites especificados.
CURVA GRANULOMÉTRICA (Árido fino) 100.000 90.000 80.000
) % ( 70.000 a s a 60.000 p e u q 50.000 e j a t 40.000 n e rc 30.000 o P
20.000 10.000 0.000 100
10
1
0.1
Abertura (mm)
D 60: 1.95 mm D 30: 0.89 mm TOTAL: D 10: 0.45 mm Cu = 4.33 Cc = 0.903 MF: 3.778
0.01
Grava: 10.835 % Arena: 88.945 % Finos: 0.220 %
0.001
COLORIMETRÍA 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVOS:
Determinar aproximadamente la presencia de cantidades inapropiadas de impurezas orgánicas en el árido fino para mortero y hormigón. Familiarizar al estudiante con el uso correcto de las soluciones para pruebas colorimétricas y su correspondiente identificación de materia orgánica en áridos.
MARCO TEÓRICO Para el ensayo de colorimetría seguiremos el procedimiento según la norma NTE INEN 855:
Determinación de las impurezas orgánicas en el árido fino para hormigón. **En los agregados finos naturales a veces se presentan impurezas orgánicas, las cuales menoscaban la hidratación del cemento y el desarrollo consecuente de la resistencia del concreto. Normalmente esas impurezas se evitan por medio del despejado adecuado del depósito, para eliminar por completo la tierra vegetal, y un enérgico lavado en la arena. La detección del alto contenido orgánico en la arena se lleva a cabo con facilidad por medio de la prueba colorimétrica con hidróxido de sodio, que detalla la norma ASTM C 40. Algunas impurezas en la arena pueden dar indicación de un elevado contenido orgánico pero, en realidad, no ser dañino. Se puede determinar esta posibilidad por medio de desarrollar el ensayo descrito en ASTM C 87.
Método de Ensayo: en resumen la prueba consiste en colocar al interior de unos botes de vidrio
claros y transparentes un determinado volumen de arena, añadiendo a continuación una solución de hidróxido de sodio al 3% en un volumen ligeramente mayor que el de la arena. Se tapa el bote se agita vigorosamente de forma tal que la solución se mezcle completamente con todas las partículas de arena y se deja reposar. Al cabo de 24 horas se observa la intensidad de coloración de la solución que está por encima de la arena y se compara a trasluz con un color patrón que puede generarse elaborando una solución de dicromato de potasio grado reactivo (K2Cr2O7) en ácido sulfúrico concentrado (de gravedad específica 1.84) en una relación de 0.250 g/100 mL de ácido (cuya elaboración no debe ser de más de 2 horas) y reportar si el color del líquido por encima de la muestra de arena es más claro, más oscuro o igual al color de la solución de color patrón. También puede compararse con una placa orgánica de colores la cual contiene 5 vidrios colores estándar montados en un platico perforado de tonos que van amarillo claro a café oscuro y numeradas del 1 (más claro) al 5 (más oscuro) y cuyo color patrón es el color No. 3; en este caso se reporta cuál de los cinco vidrios de color estándar es más cercano al de la muestra (ver figura 1).
Fig.1: Comparación de colores entre la solución con arena (luego de 24 horas) y la placa orgánica de colores Gardner. Cuando una muestra sujeta a este procedimiento, produce un color más oscuro que el color estándar del vidrio No. 3 (color estándar Gardner No. 11) de la placa orgánica, el agregado fino bajo prueba debe ser considerado que posiblemente contenga impurezas orgánicas perjudiciales. Este ensayo da advertencia para realizar ensayos adicionales antes de aprobar el agregado fino para concreto. Un ensayo que se aconseja realizar (si así es decido por los involucrados) es verificar si la arena que presentó un color más oscuro que el color patrón, en la prueba de impureza orgánicas tiende a reducir de manera significativa la resistencia al esfuerzo a compresión en ensayos realizados en unas probetas cúbicas de 2” de morteros elaborados con la arena cuestionada y arena con un proceso de limpieza (lavada); el detalle de este procedimiento se describe en la norma ASTM C 87.
a) Contra una solución de color estándar En este caso se coloca el bote con la muestra de prueba y el bote con la solución de color estándar lado a lado y se compara el color de la luz transmitida a través de la solución de color estándar. Registrar si el color del líquido por encima de la muestra es más claro, más oscuro o igual al color de la solución estándar.
b) Contra una placa orgánica de colores estándar En este caso se coloca el bote con la muestra de prueba y la placa orgánica de colores estándar lado a lado y se comparan. Definir más precisamente con cuál de los colores de la placa orgánica se asemeja al color del líquido por encima del agregado fino y anotarlo. Nota: La placa orgánica viene con 5 vidrios de diferentes coloraciones que están numerados del 1 al 5 y están basados en la escala de colores estándar Gardner de acuerdo con lo descrito en la siguiente tabla:
No. de color en placa orgánica
Color estándar Gardner No.
1 2 3 (estándar) 4 5
5 8 11 14 16
2. CÁLCULOS Y MÉTODO OPERATIVO Muestreo:
La muestra debe ser seleccionada de acuerdo con la NTE INEN 695 y la muestra para ensayo debe tener una masa de aproximadamente 450g y debe ser tomada de la muestra total de conformidad con la norma ASTM C 702.
Procedimiento:
Llenar el bote de vidrio con la muestra de agregado fino a nivel de aproximadamente130ml (4 ½ onzas fluidas). Añadir al interior del bote de vidrio, la solución de hidróxido de sodio hasta que el volumen del agregado fino y el líquido posterior al proceso de agitación sean de aproximadamente 200ml (7 onzas fluidas). Tapar el bote, agitar vigorosamente (en el tiempo que se estime que la solución de hidróxido de sodio al 3% y el agregado fino se han mezclado completamente) y dejar reposar por 24 horas. Al finalizar el periodo de 24 horas de reposo, se procede a comparar el color del líquido por encima de la arena en el bote de vidrio de cualquiera de estas 2 maneras.
Equipo y Materiales:
Arena (aproximadamente 450 g es suficiente para llenar un volumen de 130 ml ) Solución de hidróxido de sodio reactivo al 3%; disolver 3 partes en masa de hidróxido de sodio grado reactivo (NaOH) en 97 partes de agua. Solución de dicromato de potasio grado reactivo (K2Cr2O7) en ácido sulfúrico concentrado (de gravedad específica 1.84) en una relación de 0.250 g/100 mL de ácido. Nota: La solución se elabora en caso de que no se disponga de una placa orgánica de colores. Botellas de vidrio incoloro y graduado con una capacidad nominal de 350 a 470 ml y que tengan una sección transversal aproximadamente ovalada, con tapón hermético y no soluble a la solución especificada. Asimismo el ancho de los botes no debe ser menor que 40 mm (1.5”) ni más de 60 mm (2.5”) 1 Placa orgánica de colores
3. TABLAS, GRÁFICOS Y FOTOGRAFÍAS Mediante el análisis visual se logró observar que después del periodo de 24 horas la solución flotante de hidróxido de sodio no tomo ninguna coloración, manteniéndose esta clara y transparente, con este resultado podemos relacionarlo aproximadamente con el color número 1 del comparador que corresponde a l color normalizado 5 de la escala de Gardner; lo cual quiere decir que en el árido fino no existe materia orgánica.
COMETARIOS Y RECOMENDACIONES Granulometría
Realizar un análisis completo y minucioso del árido grueso para obtener un estudio completo de sus características y distribución de tamaños, y si es necesario tomar en cuenta las partículas finas presentes. El árido grueso es recomendable usar en obras de cimentación o fundición de vigas, losas y columnas. Se recomienda realizar un análisis granulométrico con la escala de tamices de módulo de finura y así obtener este valor que es un indicador importante.
Colorimetría
La no presencia de materia orgánica no es un parámetro que indica buena resistencia del árido o buena distribución de tamaño de partículas, por lo tanto se recomienda realizar un ensayo de desgaste a sulfatos (solidez) y Abrasión (degradación), para de esta manera asegurar la buena o mala resistencia del árido grueso.
CONCLUSIONES Granulometría
Mediante el análisis granulométrico se logró clasificar los áridos mediante la clasificación SUCS, así el árido grueso como una grava mal graduada (GP) y el árido fino como una arena mal graduada (SP). Mediante el trazo de la curva granulométrica se puede observar que la distribución de tamaños del árido grueso y fino no es muy variada por lo cual se puede afirmar que no cumplirá una función totalmente correcta y eficiente como componente del hormigón para actividades como fundiciones de columnas, vigas o losas. Se observó de manera empírica que se trata de una grava o ripio de cantera el cual fue triturado en el mismo sitio previamente. Esto se concluye en base a su forma irregular prismática y la presencia de tierra y pequeñas basuras. El árido fino no cumplió el rango permisible de su curva granulométrica, por lo cual no se recomienda hacer uso de este para la elaboración de hormigón, a menos que el constructor decida usarlo en otras actividades o elaboración de hormigón para ciertas obras que quedan bajo su responsabilidad. En ningún árido se cumplió el rango permisible para el módulo de finura por lo cual se recomienda realizar un nuevo análisis granulométrico con otras muestras o evitar usar estos áridos para obras de hormigón de gran importancia.
Colorimetría
La arena no presenta contenido orgánico ya que la solución de hidróxido de sodio nunca tomó un color oscuro sino se mantuvo clara y transparente, pero a pesar de esto no se asegura la buena resistencia o distribución de tamaños del árido fino. La no presencia de materia orgánica no es un factor suficiente de buena resistencia por lo que un análisis de la resistencia de este árido es necesario para su correcto uso y aplicación.
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS
Juárez Badillo, Eulalio - Rodríguez, Alfonso Rico; Fundamentos de la Mecánica de Suelos, Tomo I; segunda edición; México 1969. Carlos Crespo Villalaz, Mecánica de suelos y cimentaciones, Quinta edición, LimusaMéxico, 2004. Scribd, Granulometría, http://es.scribd.com/doc/21986312/GRANULOMETRIA ASTM C 87-03, Standard Test Method for effect of Organic Impurities in Fine Aggregate on Strength of Mortar, vol. 04.02, edition 2003, American Standards of Testing of Materials. JOSEPH J. WADDELL, JOSEPH A. DOBROWSKI, Manual de la construcción con concreto I, Mc Graw Hill, 3a edición, 1997. Normas: INEN 855, INEN866 y INEN 872. César Monroy y Patricio Torres, Manual de Laboratorio de Suelos, 4ta Ed, Facultad de ingeniería Civil (EPN). Ing. Germán Luna – Ing. César Monroy, Estudio del hormigón, (1988), Primera Edición.
