GRANULOMETRIA DE AGREGADOS GRUESOS Y FINOS NTC 174 DEIVER ANDRES MIRANDA LEISON DAVID CALDERA KARINA ISABEL DE LA HOZ JUAN DAVID MARQUEZ UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 1. INTRODUCCIÓN: Los agregados son cualquier sustancia solida o partícula (masa de materiales casi siempre pétreos) añadidas intencionalmente al concreto que ocupan un espacio rodeado rod eado por pasta de concreto, de tal forma, que en combinación con esta proporciona resistencia mecánica al mortero o concreto en estado endurecido y controla los cambios volumétricos durante el fraguado del cemento. Los agregados ocupan entre el 59% y el 76% del volumen total del concreto. Están constituidos por la parte fina (arena) y la parte gruesa (grava o piedra triturada). Además, la limpieza, sanidad, resistencia, forma y tamaño de las partículas son importantes en cualquier tipo de agregado. En nuestro laboratorio nos enfocaremos en esta última, teniendo como propiedad la GRANULOMETRÍA. Ahora, la granulometría y el tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del concreto. Para la gradación de los materiales se utilizan una serie de tamices que están especificados en la Norma Técnica colombiana NTC 77 los cuales se seleccionarán los tamaños y por medio analítico hallaremos el módulo de finura (MF) para el agregado fino y para el agregado grueso el tamaño máximo (TM), tamaño máximo nominal (TMN).
2. MARCO TEORICO: En la clasificación de los suelos para usos de ingeniería es universalmente acostumbrado utilizar algún tipo de análisis granulométrico. El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa de suelo. La naturaleza estadística de la distribución de tamaños de partículas en un suelo hace que aun las muestras representativas más cuidadosas produzcan curvas granulométricas no muy reproducibles. Es un proceso mecánico mediante el cual se separan las partículas de un suelo en sus
diferentes tamaños, denominado a la fracción menor (Tamiz No 200) como limo, Arcilla y Coloide. Se lleva a cabo utilizando tamices en orden decreciente. La cantidad de suelo retenido indica el tamaño de la muestra, esto solo separa una porción de suelo entre dos tamaños. Los granos que conforman en suelo y tienen diferente tamaño, van desde los grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio. El análisis granulométrico al cuál se somete un suelo es de mucha ayuda par a la construcción de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque con estese puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo. Los Análisis Granulométricos se realizaran mediante ensayos en el laboratorio con tamices de diferentes enumeraciones, dependiendo de la separación de los cuadros de la maya. Los granos que pasen o se queden en el tamiz tienen sus características ya determinadas.
Definiciones Roca: Agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión. Suelo: Agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales como la agitación en el agua. En la práctica, no existe diferencia tan simple entre roca y suelo. Aun las rocas más rígidas y fuertes pueden debilitarse al sufrir el proceso de meteorización, y algunos suelos muy endurecidos pueden presentar resistencias comparables a las de la roca meteorizada. Agregado: Se emplea para designar una masa de suelo. Los agregados de suelo pueden definir textura, estructura, compacidad, consistencia y humedad. Bolones:
Fragmentos
de
roca
entre
80
y
300
mm.
Grava: Agregados sin cohesión de fragmentos granulares, poco o no alterados, de rocas y minerales, cuyos tamaños varían entre 5 y 80 mm. Arena: Agregados sin cohesión, cuyos tamaños varían entre 0.08 y 5 mm. Limos: Suelos de grano fino con poca o ninguna plasticidad y de tamaño comprendido entre 0.005 y 0.08 mm. Arcillas: Son agregados de partículas pequeñísimas derivadas de la descomposición química de las rocas, son plásticas y el tamaño de sus partículas es menor a 0.005 mm Granulometría: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen una muestra de suelo Curva granulométrica: Representación grafica del ensayo granulométrico. A partir de ella es posible observar la graduación de un suelo Tamiz: Elemento metálico formado por marcos, tejido, deposito receptor y tapa. El marco
es un elemento circular metálico, con diámetro de 200 o 300 mm, suficientemente rígido y firme como para fijar el tejido. El tejido es una malla de alambre con aberturas cuadradas, que se fija en los bordes del marco. Para la realización del ensayo granulométrico se utiliza un juego de tamices, cuyos tamaños de abertura de los tejidos deben pertenecer a una serie normalizada. Cada juego de tamices debe estar provisto de un depósito que ajuste perfectamente para la recepción del residuo más fino y una tapa que evite la perdida de material.
Porcentaje parcial retenido en un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa del suelo directamente retenido en ese tamiz. % retenido parcial = (peso retenido en tamiz/peso muestra total) x 100 Porcentaje acumulado retenido en un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa de todas las partículas de mayor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la suma de todos los porcentajes parciales retenidos en los tamices de abertura de mayor tamaño más el porcentaje parcial de lo retenido en ese tamiz. Ejemplo: % ret. Acum. Tamiz x = % retenido parcial tamiz x-1 + retenido parcial tamiz x Porcentaje acumulado que pasa por un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa de todas las partículas de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la diferencia entre el 100% y el porcentaje acumulado retenido en ese tamiz. Ejemplo: % acumulado que pasa por tamiz x = 100 – (% retenido acumulado en tamiz x) Modulo de finura: El módulo de finura, también llamado modulo granulométrico por algunos autores, no es un índice de granulometría, ya que un número infinito de tamizados da el mismo valor para el módulo de finura. Sin embargo, da una idea del grosor o finura del agregado, por este motivo se prefiere manejar el termino de Modulo de Finura. M.F=
(∑%RET
DESDE
LOS
TAMICES
#4
HASTA
#100)/100
Tamaño máximo nominal: Corresponde a la abertura del tamiz inmediatamente menor al Tamaño Máximo Absoluto, cuando por dicho tamiz pasa el 90% o más de la masa del árido. Cuando pasa menos del 90% el Tamaño Máximo Nominal se considera igual al Tamaño Máximo Absoluto.
3. MARCO METODOLOGICO: 3.1.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
3.1.1. MUESTRA DE AGREGADO GRUESO El agregado grueso estará formado por roca o grava triturada obtenida de las fuentes previamente seleccionadas y analizadas en laboratorio, para certificar su calidad. El tamaño mínimo será de 4,8 mm. El agregado grueso debe ser duro, resistente, limpio y sin recubrimiento de materiales extraños o de polvo, los cuales, en caso de presentarse, deberán ser eliminados mediante un procedimiento adecuado, como por ejemplo el lavado.
3.1.2. MUESTRA DE AGREGADO FINO El agregado fino consistirá en arena natural proveniente de canteras aluviales o de arena producida artificialmente. La forma de las partículas deberá ser generalmente cúbica o esférica y razonablemente libre de partículas delgadas, planas o alargadas. La arena natural estará constituida por fragmentos de roca limpios, duros, compactos, durables. En la producción artificial del agregado fino no deben utilizarse rocas que se quiebren en partículas laminares, planas o alargadas, independientemente del equipo de procesamiento empleado.
3.1.3. JUEGO DE TAMICES El tamizaje es un método económico para el análisis granulométrico. Este método de análisis de tamaño de partícula es universalmente utilizado para el control de calidad en prácticamente todos los sectores industriales tales como la química la minería y la metalurgia, la industria alimentaria, los cosméticos, la industria farmacéutica y otros laboratorios de granulometría.
3.1.4. BROCHA Es un instrumento consistente en un conjunto de cerdas unidas a un mango que se utiliza para pintar, maquillarse o para otros fines. La brocha es una herramienta utilizada para pintar casas tradicionalmente escobilla que recoge reteniendo entre sus fibras un determinado material para luego distribuirlo uniformemente sobre una superficie.
3.1.5. PALUSTRE Es una herramienta usada en albañilería formada por una lámina metálica de forma triangular, sujetada por un mango de madera que se emplea para aplicar y manejar el mortero y la argamasa. La hoja suele ser de acero laminado en frío y con diversos tratamientos para proporcionarle durabilidad y resistencia. La forma de la lámina metálica es básicamente triangular, pero puede tener algún contorno redondeado en vez de en punta y en algunos casos con el vértice de triángulo cortado, por lo que su forma es un trapecio isósceles.
3.1.6. BALANZA ELECTRONICA DE PRECISION Las balanzas electrónicas son balanzas caracterizadas porque realizan el pesaje mediante procedimientos que implican sensores. Las mismas se establecen como una alternativa a las balanzas de índole mecánica, que tiene el mismo cometido pero se fundamentan en un juego de contrapesos.
3.1.7. ESTUFA ELÉCTRICA Esta clase de estufas es conocida por transformar la energía eléctrica en calor.
3.2.
PROCEDIMIENTO:
3.2.1. Para agregado fino Para la realización de la práctica se procedió a secar el material en una estufa a 110°C hasta obtener una masa constante, luego con el material seco se realizó el proceso del cuarteo en repetidas oportunidades hasta obtener la masa inicial de la muestra requerida. Seguidamente se pesó la masa inicial obtenida y continuamos con el lavado de la muestra en un tamiz N°200 con precaución de no perder material y solo retirar las impurezas, después de dicho lavado se procedió a secarlo nuevamente en la estufa y para finalizar, organizamos los tamices en forma decreciente desde el tamiz N°4 hasta el “fondo”, tamizamos y pesamos el material
retenido en cada uno de estos. Los datos se tabularon en una tabla establecida según la norma NTC 77.
3.2.2. Para agregado grueso Para la realización de la práctica se procedió a secar el material en una estufa eléctrica a 110 °C hasta obtener una masa constante, seguido se realizó el proceso de cuarteo en una oportunidad y al ojo se determinó el tamaño máximo nominal del material para así determinar la masa inicial según la norma NTC 77. Luego se pesó dicha masa inicial y se lavó de a pequeñas porciones sobre un tamiz N°200 para retirar impurezas, cuidando que no se perdiera material, después secamos nuestra muestra en la estufa, organizamos la serie de tamices en una forma decreciente desde el tamiz de ¾” hasta el N°4 y pesamos el material contenido en
cada uno de los tamices. Los datos obtenidos en el transcurso de la práctica se tabularon en una tabla establecida según la norma NTC 77.
4. RESULTADOS: 4.1.
GRANULOMETRIA DE AGREGADOS GRUESOS
= 5000
Masa después del tamizado = 4993,5 Procedemos a calcular el error porcentual, si este es < 2%. La diferencia que haya entre M 0 y M F se le adiciona al fondo y si este da > 2% se debe repetir la granulometría
% =
−
100 =
5000 − 4993,5 5000
100 = , % < %
Formulas % =
. .
100
% . = % + % . % = 100 − % .
Tabla 1. Memoria de cálculos Tamiz de 1”
% =
284,2 5000
100
% . = 5,68 % + 0% % . = 5,68 %
% = 5,68 %
Así sucesivamente se hacen el resto de cálculo
% = 100 − 5,68% % = 94,32 %
Tabla 2. Granulometría agregado grueso M= 5000 g DIAMETRO MASA % RETENIDO % RETENIDO (mm) RETENIDA (g) ACUMULADO 38,1 0 0,00% 0,00% 25,4 284,2 5,68% 5,68% 19,05 1055,3 21,11% 26,79% 12,7 1216,5 24,33% 51,12% 9,525 616,9 12,34% 63,46% 4,75 1644,3 32,89% 96,34% 182,8 3,66% 100,00% TOTAL 5000
TAMIZ 1” ½ 1” ¾” ½” 3/8”
4 FONDO
% PASA 100,00% 94,32% 73,21% 48,88% 36,54% 3,66% 0,00%
CURVA GRANULOMETRICA AGREGADO GRUESO 100,00% 90,00% 80,00% A S A P E U Q %
70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% 100
10
1
ABERTURA DEL TAMIZ (mm) CURVA GRANULOMETRICA AGREGADO GRUESO
Figura 1. Curva granulométrica de agregado grueso Con toda la distribución granulométrica obtenida procedemos a hallar el tamaño máximo nominal y el tamaño máximo
ñ = 1" 25,5 ñ = 1"1/2 38,1
CRITERIO DE ACEPTACION AGREGADO GRUESO Como el tamaño máximo nominal arrogo un valor de 25,5mm y el último tamiz utilizado fue el # 4 se toman de la (Tabla 2. Requisitos de gradación para agregado grueso) de la NTC 174 los siguientes límites de referencia.
Tabla 3. Tabulación del cumplimiento de la granulometría del agregado grueso TAMIZ
DIAMETRO (mm) 38,1 25,4 12,7 4,75
1" 1/2 1" 1/2" 4
LIMITE LIMITE INFERIOR % SUPERIOR % PASA PASA 100% 100% 95% 100% 25% 60% 0% 10%
CURVA GRANULOMETRICA % PASA 100% 94,320% 48,880% 3,660%
CRITERIO DE ACEPTACION AGREGADO GRUESO 120%
100%
80% A S A P E U Q %
60%
40%
20%
0% 100
10
1
ABERTURA DEL TAMIZ (mm) LIMITE INFERIOR
LIMITE SUPERIOR
CURVA GRANULOMETRICA AGREGADO GRUESO
Figura 2. Curvas de limites inferior y superior para el criterio de aceptación del agregado grueso
4.2.
GRANULOMETRIA DE AGREGADOS FINOS
= 935
Masa después del tamizado = 920,3 Procedemos a calcular el error porcentual, si este es < 2%. La diferencia que haya entre M 0 y M F se le adiciona al fondo y si este da > 2% se debe repetir la granulometría.
% =
−
100 =
935 − 920,3 935
100 = , % < %
Formulas % =
. .
100
% . = % + % . % = 100 − % .
Tabla 3. Memoria de cálculos Tamiz # 4 % =
5
100
935 % = 0,535 %
% . = 0,535% + 0% % . = 0,535 %
% = 100 − 0,535% % = 99,465 %
Así sucesivamente se hacen el resto de cálculo
Tabla 5. Granulometría agregado fino M= 935 g DIAMETRO MASA TAMIZ (mm) RETENIDA (g) 4 4,75 5 8 2,36 18 16 1,18 61,1 30 0,6 201,7 50 0,3 543,9 100 0,15 84,3 200 0,075 6,1 FONDO 14,9 TOTAL 935
% RETENIDO 0,5348% 1,9251% 6,5348% 21,5722% 58,1711% 9,0160% 0,6524% 1,5936%
% RETENIDO ACUMULADO 0,5348% 2,4599% 8,9947% 30,5668% 88,7380% 97,7540% 98,4064% 100%
% PASA 99,465% 97,540% 91,005% 69,433% 11,262% 2,246% 1,594% 0%
GRANULOMETRICA AGREGADO FINO 100,000% A S A P E U Q %
80,000% 60,000% 40,000% 20,000% 0,000% 10
1
0,1
0,01
DIAMETRO DE LAS PARTICULAS (mm) CURVA GRANULOMETRICA AGREGADO FINO
Figura 3. Curva granulométrica de agregado fino Con toda la distribución granulométrica obtenida procedemos a determinar el módulo de finura y el tamaño promedio de las partículas finas
=
∑ % . − 327,4545%
=
100
= 3,274545
Procedemos a calcular el tamaño promedio de las partículas. 5 4 3 2 1 0 4----------------2,36 3,274545----- x 3---------------1,16
4 − 3,274545 4−3
TAMIZ 4 8 16 30 50 100
=
DIAMETRO (mm) 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15
2,36 − 2,36 − 1,16
ñ = (1,489454 )
CRITERIO DE ACEPTACION AGREGADO FINO Tabla 6. Tabulación del cumplimiento de la granulometría del agregado fino. LIMITE TAMIZ NTC 32 DIAMETRO INFERIOR (ASTM 11) (mm) % PASA 3/8" 9,5 100% 4 4,75 100% 8 2,36 95% 16 1,18 80% 30 0,6 50% 50 0,3 25% 100 0,15 10%
LIMITE SUPERIOR % PASA 100% 100% 100% 100% 85% 60% 30%
CURVA GRANULOMETRICA % PASA 100% 99,465% 97,540% 91,005% 69,433% 11,262% 2,246%
CRITERIOS DE ACEPTACION AGREGADO FINO 120%
100%
80% A S A P E U Q %
60%
40%
20%
0% 10
1
0,1
ABERTURA DEL TAMIZ (mm) LIMITE INFERIOR
LIMITE SUPERIOR
CURVA GRANULOMETRICA AGREGADO FINO
Figura 4. Curvas de limites inferior y superior para el criterio de aceptación del agregado fino
5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS 5.1.
AGREGADO GRUESO
El tamaño máximo nominal obtenido fue de 1” siendo el tamaño de los agregados de 1,4894 mm o mayor esto quiere decir que el 15% o más, del material quedo retenido en el tamiz de 1” observando la curva granulométrica esta tiende a ser un bastante continua deduciendo que este está bien gradado si la masa de agr upados contiene todos los tamaños de gr ano, desde el mayor hasta el más pequeño . Por ende al someter la muestra a unos criterios de gradación para los agregados gruesos por la NTC 174 obtuvimos que el agregado cumple con un 90% de las condiciones que establecen los límites de referencia ya que sobresale del límite inferior del % que pasa del tamiz de 1” que es del 95% y en el presente análisis granulométrico obtuvimos un valor de 94,320% del tamiz de 1” La solución sería aumentar gradualmente la cantidad de agregado de 25,4 mm ya que el resto de la curva se mueve en los límites inferior y superior de referencia.
5.2.
AGREGADO FINO
Para el agregado fino el módulo de finura obtenido fue de 3,274545 y el tamaño promedio de las partículas fue de 1,489454 mm dando como resultado un bajo contenido de finura en el agregado ya que según la NTC 174 ITEM 6,3 el módulo de finura para un agregado fino no deben ser menores de 2,3 ni mayores de 3,1. ( 2,3 ≤ ≤ 3,1). De la curva se puede analizar que es bastante continua así que podemos apreciar variabilidad de partículas y podríamos decir que el agregado está bien gradado. Con respecto a los criterios de aceptación el análisis granulométrico no está clasificado en los límites inferiores y superiores establecidos por la NTC 174 para agregados finos, puesto que la curva sobresalió del límite inferior arrogando los siguientes resultados, para el tamiz # 50 del % que pasa es de 25% y en el tamiz # 100 es de 10%, obteniendo en el presente análisis granulométrico para el tamiz #50 del % que pasa es de 11,262% y para el tamiz # 100 fue de 2,246% La solución más óptima seria cambiar el tipo de arena utilizada en el ensayo y también si no cumplieran los requisitos de granulometría y módulo de finura buscar registros de comportamiento aceptables del concreto fabricado con este material.
6. CONCLUSIONES Por medio de la granulometría de los agregados se logra determinar la gradación de los materiales, el módulo de finura y tamaño promedio para el agregado grueso y el tamaño máximo y nominal para el agregado grueso El agregado grueso cumple un 90% con los criterios de aceptación de la NTC 174 y el agregado fino está por encima de los límites prescritos en la norma, es decir que no cumple. Del agregado fino se obtuvo un módulo de finura de 3,274545, sobre pasando los limites establecido en la NTC 174, indicando la falta de elementos finos en el agregado. Por ende hay que tener cuidado en el uso que se le dará ya que si tenemos arenas muy finas se obtienen mezclas segregadas y costosas mientras que con arenas gruesas mezclas ásperas Del agregado grueso de obtuvo un tamaño máximo nominal de 1” siendo este el referente para las dosificaciones de las practicas siguientes en nuestro curso de materiales Las granulometrías prefectas solo existen a nivel teórico y difícilmente se pueden reproducir en la práctica, de nuestro análisis granulométrico obtuvimos resultados que sobre pasan los criterios de aceptación recomendado por la NTC #174. Pero esto no quiere decir que nuestro agregado utilizado no de las resistencias esperadas en el diseño de mezclas.
7. BIBLIOGRAFÍA -
NTC 77, 7.8, 129, 174, 3674
-
blog.360gradosenconcreto.com/agregados-finos-y-gruesos-manejabilidad-del-concreto/
-
lavallab.com/es/products/tamizadores-zarandas-tamices/tamice-analitico-laboratorio/
