LABORATORIO N. 1. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS – VALOR VALOR DE AZUL DE METILENO
10 de septiembre de 2014
EQUIVALENTE EQUIVALENTE DE D E ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS AGREGADO S FINOS - VALOR DE AZUL DE METILENO EN AGREGADOS FINOS Y EN LLENANTES MINERALES Kevin Calderón Castañeda cod: 215151, Daniel Fernando López cod: 214827, Miguel Gutiérrez Ramírez cod: 215083, Jose Perlaza cod:xxxxxx, xxxxx Resumen — El ensayo de equivalente de arena y azul de metileno pueden ser desarrollados en conjunto con el fin de obtener información obtener información precisa acerca de la cantidad y posible comportamiento de la fracción fina (pasa tamiz No 200) de determinado material, en donde tienen mayor relevancia las arcillas y el material orgánico, cuyo papel frente a un análisis estructural y funcional para bases, subbases g ranulares, mezclas asfálticas y demás, es determinante. El presente informe es una síntesis de las practicas realizadas en laboratorio y de las normas I.N.V.E. que regulan la correcta ejecución las mismas. Los datos obtenidos y su p osterior análisis son esenciales en el proceso de diseño. Palabr as Clave : Material fino, contenido de arcilla, adsorción. Abstract The sand equivalent test and methylene blue can be developed together in order to obtain accurate information — The about the amount and possible behavior of the fine fraction (passing sieve No. 200) of certain material, where the clays are more relevant and organic material, whose role on structural and functional analyzes for base, granular subbase, asphalt mixes and so on is crucial. This report is a synthesis of the practices carried out in laboratory and standards INVE governing the proper execution thereof. The data and subsequent analysis a re essential in the design process. Key words : Fine material, clay clay content, adsorption.
I. INTRODUCCIÓN
Los
ensayos de equivalente de arena y azul de
metileno son hoy en día una poderosa herramienta a la hora de plantearse los posibles usos y aplicaciones que se le pueden dar un material, estos procedimientos analizados en conjunto se constituyen en una buena medida de la aptitud que tiene un agregado para formar parte de un pavimento. El equivalente de arena tiene como propósito dar a conocer un u n porcentaje de la cantidad de material arenoso presente en una muestra, por otro lado con el azul de metileno se puede estimar cuan arcilloso y orgánico resulta un material, a partir de estos conceptos se evidencia como la utilización conjunta de los ensayos se convierte en un indicador muy importante.
II. OBJETIVO 1. Determinar la proporción relativa del contenido de material arcilloso en una muestra de suelo. 1
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2. Determinar la presencia de materiales que sean perjudiciales para los suelos así como para la Sub Base, Base Granular o Carpeta Asfáltica de acuerdo a las especificaciones propuestas. 3. Determinar la cantidad de material, presente en los finos (menor a 75 µm), que puede ser peligroso en términos estructurales y de estabilidad, con lo cual se hace referencia a arcillas y material orgánico. 4. Predecir el comportamiento que puede presentar la mezcla asfáltica a partir de la proporción de arcillas y materia orgánica contenida en la misma.
III. MATERIALES Y METODOLOGÍA Los materiales, equipos y las metodologías utilizadas en los ensayos efectuados y descritos a continuación se llevaron a cabo mediante la comprensión y desarrollo de las normas I.N.V.E133-07 133-07 “EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS” FINOS” e I.N.V.E-235I.N.V.E-235-
LABORATORIO N. 1. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS – VALOR VALOR DE AZUL DE METILENO
07 “VALOR DE DE AZUL DE METILENO EN AGRAGADOS FINOS Y EN LLENANTES MINERALES”.
3.1 Materiales y Equipos. Equivalente de arena:
Cilindro graduado de plástico Tapón macizo Tubo irrigador Tubo flexible Botellón con solución de cloruro de calcio Dispositivo para tomar las lecturas Recipiente metálico Embudo Cronometro Espátula
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Para preparar la muestra se siguió el método alternativo Nº 2: pre-humedecido que establece la norma, para ello se adiciono a la muestra una cantidad racional de agua, la cual le diera a la muestra una condición apropiada de humedad, con el objetivo de obtener resultados confiables, luego de adicionar el agua se procedió a amasar la muestra hasta cuando al apretar una pequeña porción de ésta en la palma p alma de la mano se apreciaba que podía ser manejada sin romperse. Luego de obtener la muestra con la condición apropiada de humedad se llenó el recipiente metálico compactándolo con la palma de la mano, a continuación se enraso el borde del recipiente con una espátula.
Posteriormente se vertió vertió en el tubo graduado graduado de plástico la solución de cloruro de calcio hasta una altura aproximada de 4”, a continuación y con ayuda del embudo se colocó la muestra de ensayo Azul de Metileno: en el cilindro graduado y se golpeó varias veces el fondo de éste con la palma de la mano para liberar Bureta: con una capacidad no menor a 50 ml las burbujas de aire y remojar la muestra y graduaciones de 0.1 ml completamente, luego se dejó en reposo durante 10 Agitador magnético minutos. Balanza Varilla de vidrio: de aproximadamente 10" A continuación se tapó el cilindro con el tapón y se aflojo el material del fondo invirtiendo parcialmente de largo y 0.3" de diámetro. el cilindro y agitándolo simultáneamente, luego se Cronometro procedió a agitar el cilindro durante 30 segundos y Platón y tamiz de 75 µm 1 realizando 90 ciclos , inmediatamente se retiró el Matraz volumétrico tapón y se colocó el cilindro verticalmente sobre el Papel filtro mesón y con el irrigador se realizó la limpieza de Tres vasos de precipitado de 500 ml finos mediante presión y giro de éste, el Azul de metilenos procedimiento se repitió hasta que el cilindro se Agua destilada llenó a una altura de 15” posteriormente se deja en dejo en reposo durante 20 minutos (ver figura 1). Horno
3.2 Metodología. Equivalente de arena: Para realizar el ensayo se utilizó una muestra de 1200 a 1500 gr de arena café amarillenta con bajo contenido de arcilla, sin olor y sin evidencias de materia orgánica la cual pasaba el tamiz Nº 4, tal como lo indica la norma.
Al finalizar los 20 minutos de reposo se procedió a tomar las lecturas de los niveles de arcilla arcilla y arena con el dispositivo de lectura. Cabe destacar que el procedimiento anteriormente descrito se repitió para 3 muestras con el propósito de verificar los valores de equivalente de arena.
1
En algunas de las muestras no se lograron realizar los 90 ciclos en los 30 segundos.
2
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Figura 1. Muestras en reposo
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Tras cada minuto posterior al momento de aplicación de la dosis de solución, se introduce la varilla agitadora en la mezcla y se deja caer una gota de la misma en el papel filtro. El proceso se repite hasta que se forme una aureola azul alrededor de la gota (figura 2), en cuyo caso se continúa agitando la mezcla por 5 minutos, sin realizar ningún tipo de adición, y se realiza nuevamente la extracción de la gota. Si se presenta una vez más la aureola se finaliza el ensayo, en caso contrario se proceda con las adiciones de azul de metileno.
Azul de metileno: Debido a que en el presente caso, el ensayo se desarrolla conjuntamente con el de equivalente de arena de suelos y agregados finos, se toma el mismo material y se hace pasar por el tamiz de 75 µm (No 200). Se aclara que previamente el material debe introducirse en el horno, para que a una temperatura aproximada de 110° C se seque hasta masa constante. Sin embargo, en esta ocasión se omite dicho paso. Con ayuda de la balanza, cuya capacidad debe ser de 200 g, se determina una cantidad de 10 g del suelo pasante y se introducen en el vaso volumétrico, para luego verter en este, 30 ml de agua destilada, los cuales permitirán, junto con el agitador, obtener una lechada. El proceso consiste en agregar 0.5 ml de solución de azul de metileno cada minuto en agitación constante, pero por cuestiones de tiempo las dosis aplicadas se modifican, tal y como se describe en la tabla 1.
Tabla 1. Dosis de azul de metileno aplicadas. No Dosis Cantidad (ml)
3
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Figura 2. Gota de lechada sin aureola-gota con aureola.
IV. R ESULTADOS ESULTADOS Equivalente de arena: Una vez realizado el procedimiento descrito en el numeral III, se obtuvieron las lecturas para cada una de las muestras, las cuales se relacionan en la tabla 1, 2 y 3.
Tabla 2. Lecturas muestra 1 Muestra 1 Numero de ciclos
91
Lectura de arcilla
12.3"
Lectura de arena
11.7"
Tabla 3. Lecturas muestra 2 Muestra 2
1
1
2
5
Numero de ciclos
87
3
1
Lectura de arcilla
12.8"
4
0,5
Lectura de arena
11.6"
5
1
6
0,5
7
1
∑
10
Tabla 4. Lecturas muestra 3 Muestra 3 Numero de ciclos
76
Lectura de arcilla
11.7"
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Donde:
Muestra 3 Lectura de arena
11.6"
Obtenidas las lecturas de los niveles de arcilla y arena se puede calcular el equivalente de arena de acuerdo a la siguiente expresión: () )
Asi pues, si se calcula el Equivalente de arena para la muestra 1 se tiene: () )
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VA: valor de azul de metileno (mg de azul por gramo de material que pasa tamiz No 200) C: concentración de la solución de azul de metileno (mg de azul por ml de solución) V: ml de solución de azul de metileno usados W: gramos de material usados
Puesto que en el ensayo la concentración usada fue de 5 mg/ml y la cantidad de material fue de 10 g, la expresión se reduce de la siguiente manera:
Redondeando al numero entero superior se tiene que el EA=14%, para la muestra1. Remplazando: Al seguir el procedimiento anterior se obtiene los siguientes valores de equivalente de arena para las 3 muestras.
Tabla 5. Valores de equivalente de arena Muestra EA (%) 1
14
2
13
3
14
Para obteber el valor definitivo de equivalente de arena se debe promediar el numero de valores de equivalente de arena de cada una de las muestras, entonces se tiene:
( )
V. CONCLUSIONES A partir de los resultados obtenidos se pueden realizar varias deducciones respecto de la confiabilidad de los mismos, así como de los posibles usos que se le podrán dar al material ensayado.
Como primera medida, se puede establecer cierta confiabilidad en los resultados obtenidos en ambos ensayos, dado que para el equivalente de arena se utilizaron tres diferentes muestras y se obtuvieron resultados semejantes, y siendo para el caso de la prueba de azul de metileno que esta ya había sido Redondeando al entero superior se obtiene un realizada para el mismo material por otros grupos, don de equivalente de arena definitivo para el suelo de por lo cual se estableció un margen confiable donde se podría encontrar el valor deseado. Es claro que la 14%. confianza de la que se habla aquí es limitada, puesto que a lo largo de los ensayos se presentan factores Azul de Metileno: con alto grado de incertidumbre, como por ejemplo Por otra parte, es posible determinar el valor de azul la habilidad de la persona que agita el recipiente de metileno, que caracteriza la muestra, con la donde se encuentra la muestra y la solución para el caso del equivalente de arena o la apreciación que siguiente expresión: hace por parte del observador acerca de la formación de la aureola en el azul de metileno. 4
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Para establecer los posible usos que se le pueden del material adicionando arena, dado que para dar al material de ensayo, se compararan los algunos usos el porcentaje hallado no se encuentra resultados obtenidos en el laboratorio con la demasiado distante del permitido, para esto se información suministrada por el documento debería analizar cuidadosamente si los gastos en el ESPECIFICACIONES TECNICAS DE mejoramiento del material se justifican con el MATERIALES Y CONSTRUCCION, IDU-ET- producto obtenido, además de otros aspectos. 2011, PARA BOGOTA D.C. elaborado por el IDU. En la mencionada fuente se establecen los valores mínimos de porcentaje de equivalente de arena EFERENCIAS R EFERENCIAS permitidos y los máximos de azul de metileno que puede exhibir un material dependiendo del uso que [1] BERRY, Peter L. Mecánica de suelos. 1993. [2] Norma [2] Norma I.N.V.E-133-07 I.N.V.E-133-07 “EQUIVALENTE DE se le pretende dar. ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS”. En el documento proporcionado por el IDU se habla [3] Norma I.N.V.E-235-07 I.N.V.E-235-07 “VALOR DE AZUL de diversos aplicaciones en las que se requieren [3] Norma DE METILENO EN AGREGADOS FINOS Y especificaciones de los ensayos de equivalente de EN LLENANTES MINERALES”. arena y azul de metileno, estas corresponden a capas de base y sub-base utilizadas en pavimento asfaltico, pavimento de losas de concreto de BIBLIOGRAFIA cemento Portland, así como también para establecer los requisitos que deben cumplir agregados de capas de material granular estabilizado con emulsión http://es.slideshare.net/irwinborrero/azul-deasfáltica y estabilizados con cemento. metilenopdf-2 file:///E:/Downloads/1742-2370-1-PB.pdf Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, 14% ESPECIFICACIONES TECNICAS DE en el equivalente de arena y 5 mg/g en el azul de MATERIALES Y CONSTRUCCION, IDUmetileno se puede hablar de un bajo contenido de ET-2011, PARA BOGOTA D.C. arena y consecuentemente considerable cantidad de http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j& material arcilloso y orgánico, el cual sin embargo q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0CEI no se consideraría consideraría tan dañino ni perjudicial para ser QFjAE&url=http%3A%2F%2Finformesdela utilizado en pavimentos. El uso del material para la construccion.revistas.csic.es%2Findex.php% construcción de una base granular o una sub-base 2Finformesdelaconstruccion%2Farticle%2F granular no sería apto, dado que el valor de download%2F1742%2F1928&ei=PWcPVO equivalente de arena resulta inferior a los mínimos bII8zIggSluILwDg&usg=AFQjCNFOnVm6 permitidos, 20% y 18% respectivamente, 73Kwhk2Z9nkZeaKrghrv4w observando el mínimo valor en cada una de las las tres clases de capa. Así mismo no es viable la utilización de este material como agregado en capas de material granular estabilizado con cemento, situación diferente ocurre si se habla de una capa de material granular estabilizado con emulsión asfáltica tipo A puesto que allí el mínimo permitido es 8%.
Observando los valores mencionados en el párrafo anterior se puede ver que el limitante del material es el contenido de arena, ya que en todas las posibles aplicaciones el azul de metileno cumple. A pesar de esta situación es factible pensar en un mejoramiento 5
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