INFORME 18 VALOR DE AZUL DE METILENO EN AGREGADOS FINOS Y EN LLENANTES MINERALES. INV E – 235 – 13
VICTOR HUGO BARRERA MORENO LAURA YOJANNA CHAPARRO RODRIGUEZ DEISY ANDREA HERNÁNDEZ TORRES JAIRO ALEJANDRO ORTIZ CUBIDES NICOLE HANEIDY REYES SIERRA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS MATERIALES PARA INGENIERIA TUNJA
2017 INFORME 18 VALOR DE AZUL DE METILENO EN AGREGADOS FINOS Y EN LLENANTES MINERALES. INV E – 235 – 13 GRUPO 1 VICTOR HUGO BARRERA MORENO
Código: 201421867
LAURA YOJANNA CHAPARRO RODRIGUEZ
Código: 201420196
DEISY ANDREA HERNÁNDEZ TORRES
Código: 201420242
JAIRO ALEJANDRO ORTIZ CUBIDES
Código: 201421682
NICOLE HANEIDY REYES SIERRA
Código: 201420268
Informe de laboratorio presentado a: Ingeniero M. Sc. GONZALO PEREZ BUITRAGO Monitor: BRANDON NICOLAS OLARTE RIAÑO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS MATERIALES PARA INGENIERIA TUNJA
2017
TABLA DE CONTENIDO Pág.
INTRODUCCIÓN .....................................................................................................6 1. OBJETIVOS ......................................................................................................7 1.1 General .......................................................................................................7 1.2 Específicos .................................................................................................7 2. MARCO TEÓRICO ...........................................................................................8 2.1 CARACTERISTICAS DE AZUL DE METILENO .............................................8 2.2 CAUSAS DE PERDIDA DE RESISTENCIA ...................................................8 2.2 IMPORTANCIA DE LOS MATERIALES USADOS EN EL ENSAYO ..............9 2.3 CRITERIOS ADMISIBLES SEGÚN EL INVIAS ..............................................9 3. EQUIPO UTILIZADOS ....................................................................................13 3.1 MATERIALES ............................................................................................... 16 4. PROCEDIMIENTO ..........................................................................................18 4.1 PROCEDIMIENTO DE MUESTREO ............................................................18 4.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO..................................................................18 5. DATOS OBTENIDOS......................................................................................22 6. CÁLCULOS ....................................................................................................23 7. ANÁLISIS DE RIESGOS ................................................................................24 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................25 9. CONCLUSIONES ...........................................................................................26 10. RECOMENDACIONES ...................................................................................27 11. BIBLIOGRAFÍA ..............................................................................................28
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. requisitos de los agregados para bases granulares. ..................................9 Tabla 2. Requisitos de los agregados para sellos de arena- asfalto ......................10 Tabla 3. Requisitos de los agregados para lechadas asfálticas ............................10 Tabla 4. Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas densas en frio ......11 Tabla 5. requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de gradación continua.................................................................................................11 Tabla 6. requisitos de los agregados para mezclas discontinuas en caliente para capa de rodadura. ..................................................................................................12 Tabla 7. Equipos utilizados. ...................................................................................13 Tabla 8. Materiales utilizados en el ensayo. ..........................................................16 Tabla 9. Datos obtenidos a partir del ensayo de azul de metileno .........................22
LISTA DE FIGURAS Figura 1. Bureta .....................................................................................................13 Figura 2. Agitador magnético .................................................................................13 Figura 3. Balanza analítica ....................................................................................14 Figura 4. Vaso de precipitado ................................................................................14 Figura 5. Probeta. ..................................................................................................14 Figura 6. Bandeja...................................................................................................15 Figura 7. Tamiz. .....................................................................................................15 Figura 8. Cronometro. ............................................................................................15 Figura 9. Papel filtro. ..............................................................................................15 Figura 10. Recipientes. ..........................................................................................16 Figura 11. Agitador de vidrio ..................................................................................16 Figura 12. Material de ensayo................................................................................16 Figura 13. Agua. ....................................................................................................17 Figura 14. Azul de metileno ...................................................................................17 Figura 15. Preparación de la disolución agua y arena ...........................................18 Figura 16. Primera adición de 5ml de azul de metileno. ........................................19 Figura 17. Mezcla en el agitador magnético ..........................................................19 Figura 18. Mezcla manual de la preparación .........................................................20 Figura 19. Prueba de coloración en el papel filtro. .................................................20 Figura 20. Prueba positiva para el valor de azul de metileno ................................21
INTRODUCCIÓN
La eficiencia y funcionalidad esperada en una obra vial depende directamente de las características de sus capas estructurales, el comportamiento y propiedades de dichas capas está condicionado por las propiedades físicas, químicas y mecánicas, del material de agregado por el cual están compuestas, además la cantidad de material fino especialmente las arcillas, condicionaran negativamente el comportamiento mecánico de cada una de estas. Debido a que la presencia excesiva de partículas arcillosas implica contaminación del agregado, esto debido a su particular naturaleza perjudicial como material constructivo, es indispensable conocer de manera precisa la cantidad y tipo de arcilla en el agregado pues con esto, se podrá diferenciar los finos perjudiciales de los beneficiosos en el agregado. Para tal fin se cuenta con un ensayo que consiste en determinar la cantidad de azul de metileno necesario para recubrir la superficie total de las partículas arcillosas de un material mantenido en suspensión en el agua, su fundamento se encuentra en la adición de pequeñas dosis de disolución de azul de metileno a una suspensión de la muestra de ensayo en agua, comprobando la absorción de colorante por parte de la muestra y realizando una prueba de coloración sobre papel de filtro.
1. OBJETIVOS
1.1 General
Determinar el valor de azul de metileno para la fracción de la muestra que pasa el tamiz Nº 4 (4.75mm), identificando su uso a partir de los parámetros ingenieriles.
1.2 Específicos
Comprobar la absorción de la solución colorante de la muestra en un papel filtro Caracterizar la fracción arcillosa de la muestra e identificar el grado de nocividad y repercusión en la estructura del pavimento. Estimar la calidad del agregado a partir de la cantidad de azul de metileno añadida
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2. MARCO TEÓRICO
2.1 CARACTERISTICAS DE AZUL DE METILENO El ensayo permite medir la capacidad de absorción iónica de los suelos y materiales granulares con la ayuda de azul de metileno, es importante caracterizar la fracción arcillosa de un suelo de una manera global para así identificar la nocividad del suelo, el ensayo de azul de metileno consiste en la titulación química, pues aprovecha el hecho que preferiblemente las arcillas del suelo absorben el azul de metileno y por lo tanto es muy sencillo determinar la superficie especifica de estos, parece fundamental ya que ofrece el ingeniero y al técnico una manera simple de cuantificar el rol de la fracción arcillosa e identificar la nocividad de un material sin tener que recurrir a métodos de difracción de rayos x, de análisis térmicos diferenciales, de capacidad de intercambio de bases o de análisis químicos que son siempre operaciones largas y costosas1 Este ensayo mide la fracción arcillosa activa que el material es susceptible de aportar, por medio de una valoración de la superficie del conjunto de dichas partículas, lo que depende de la naturaleza y de la proporción de la arcilla en la muestra. Es por lo tanto una medida global de la polución arcillosa tanto en cantidad como en actividad consiste en determinar la cantidad de Azul de Metileno necesario para recubrir de una película monomolecular la superficie total, externa + interna, de las partículas arcillosas de un material mantenido en suspensión en el agua, Los finos calizos también absorben Azul de Metileno, aunque en mucha menor proporción que los arcillosos2
2.2 CAUSAS DE PERDIDA DE RESISTENCIA -finos calizos -presencia de finos de naturaleza arcillosa existentes en las arena ___________________________________
1 BR.
Alvarado T. Saireth C, BR. Baquero G. Mercedes E. Calibración de cono miniatura de laboratorio para determinar el limite liquido de los suelos, 2011, Trabajo de grado para optar por el título de ingeniero civil, universidad católica, escuela ingeniería civil. 2 Laboratorios de ensayos e investigaciones industriales. El control de la limpieza de las arenas por medio del ensayo del azul de metileno [en línea]. [citado 17 septiembre 2017]
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2.2 IMPORTANCIA DE LOS MATERIALES USADOS EN EL ENSAYO El Valor de Azul de Metileno determinado mediante esta norma, se puede emplear para estimar la cantidad de arcillas dañinas y materia orgánica presente en un agregado. Un valor significativo indica una gran cantidad de arcilla o de materia orgánica presentes en la muestra. 3
2.3 CRITERIOS ADMISIBLES SEGÚN EL INVIAS Tabla 1. Requisitos de los agregados para bases granulares.
Fuente: Autores.
_________________________ 3
INVIAS, valor de azul de metileno en agregados finos y en llenantes minerales. INV E – 235 – 07
9
Tabla 2. Requisitos de los agregados para sellos de arena- asfalto
Fuente: Autores. Se aceptará si el equivalente de arena es mayor a 40 y se hace la prueba de azul de metileno si es menor a 10 Tabla 3. Requisitos de los agregados para lechadas asfálticas
Fuente: Autores. El agregado se aceptará si el equivalente de arena es mayor a 10 y se hace la prueba de metileno si es menor a 10.
10
Tabla 4. Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas densas en frio
Fuente: Autores. Se aceptará si el equivalente de arena es mayor a 40 y se hace la prueba de azul de metileno si es menor a 10 Tabla 5. Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de gradación continúa
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Fuente: Autores.
Se aceptará si el equivalente de arena es mayor a 40 y se hace la prueba de azul de metileno si es menor a 10 Tabla 6. Requisitos de los agregados para mezclas discontinuas en caliente para capa de rodadura.
Fuente: Autores. Se aceptará si el equivalente de arena es mayor a 40 y se hace la prueba de azul de metileno si es menor a 10.
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3. EQUIPO UTILIZADOS
El equipo empleado durante la realización del ensayo de valor de azul de metileno en agregados finos se presenta en la siguiente tabla. Tabla 7. Equipos utilizados.
EQUIPO
Bureta
Agitador magnético graduable
Balanza analítica
CANT.
DESCRIPCI N
IMAGEN Figura 1. Bureta
1
Recipiente de forma alargada y tubular, graduado, cuenta con una llave paso en su extremo inferior, que regula el fluido que sale de él. Permite conocer con exactitud la cantidad de disolución que se le agrega al material, con capacidad de, por lo menos, 50ml con graduaciones de 0.1ml.
1
1
Equipo utilizado para la mezcla y disolución del material de ensayo en agua y el azul de metileno, a través de agitación continua ejercida por un campo magnético que induce el movimiento de la barra magnética por el paso de corriente. Usada para pesar el material necesario para el ensayo, Precisión comprendida entre 0,1 y 13
Fuente: Autores
Figura 2. Agitador magnético
Fuente: Autores
Figura 3. Balanza analítica 0,05 mg y carga máxima entre 50 y 200 g.
Fuente: Autores Figura 4. Vaso de precipitado Vaso de precipitado
1
Recipiente de vidrio con capacidad e 1 litro, se emplea para contener la disolución del material con el agua y el azul de metileno.
Fuente: Autores Figura 5. Probeta.
Probeta
1
Permite medir el volumen de agua necesaria para el ensayo de manera aproximada para agregarla en la disolución
Fuente: Autores
14
Bandeja
1
Recipiente de aluminio desechable, que evita el riego y el traspaso del azul de metileno a la base de la bureta con el fin de evitar manchar los demás implementos.
Figura 6. Bandeja.
Fuente: Autores Figura 7. Tamiz. Tamiz de ensayo
1
Malla de la serie estándar con aberturas de 4.75mm (No. 4), usado para muestrear el material de ensayo.
Fuente: Autores Figura 8. Cronometro.
Cronómetro
1
Utilizado en la medición del tiempo para agitar la disolución con azul de metileno.
Fuente: Autores Figura 9. Papel filtro. Papel filtro Whatman
1
Papel filtrante usado para realizar la prueba del ensayo de coloración del ensayo.
Fuente: Autores
15
Figura 10. Recipientes.
Recipientes
Metálicos, usados para pesar el material en la balanza analítica y sostener el papel filtro para la prueba de coloración.
2
Fuente: Autores
Agitador de vidrio
1
El cual consiste en una varilla normalmente de vidrio, se usa en el laboratorio para mezclar o revolver algunas sustancias químicas.
Figura 11. Agitador de vidrio
Fuente: Autores Fuente: elaboración propia. 3.1 MATERIALES El material empleado en el ensayo de valor de azul de metileno se presenta en la siguiente tabla. Tabla 8. Materiales utilizados en el ensayo.
MATERIAL
Arena
CANT.
200gr
DESCRIPCI N Material que paso el tamiz de 4.75mm, tiene una tonalidad amarillo naranja pálido.
IMAGEN Figura 12. Material de ensayo
Fuente: Autores
16
Figura 13. Agua.
Agua
Solución colorante de azul de metileno
500ml
50 ml
Del grifo, empleada en la disolución con el material de ensayo.
Fuente: Autores Figura 14. Azul de metileno De la calidad estándar o técnica de 10±0.1g/l. Tras su preparación, la solución se deberá conservar protegida de la luz. Fuente: Autores
Fuente: elaboración propia.
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4. PROCEDIMIENTO
4.1 PROCEDIMIENTO DE MUESTREO Inicialmente se preparó la muestra para el ensayo, por medio de la INV E-202, se tamizo por medio del tamiz de 4.75mm (No. 4), el material a estudiar. El material que se dispuso para el ensayo fue que pasó dicho tamiz, esto con el fin de contar con material de agregado fino, que es el material para el cual está dispuesto el ensayo. Se preparó aproximadamente 200 gramos de material, y se pesó para obtener la masa M1. Se preparó la solución colorante añadiendo 10 gramos en un litro de agua, y se dejó lista para su uso.
4.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Para iniciar el ensayo se tomó la muestra de 200 gramos pesada previamente en la balanza analítica, y se agregó junto con 500ml de agua, en un vaso de precipitado, esta disolución se revolvió con el agitador consistentemente. Figura 15. Preparación de la disolución agua y arena
Fuente: Autores Enseguida se dispuso el vaso de precipitado con la disolución, bajo el montaje de la bureta, la cual previamente fue cargada con 50ml de la solución colorante. En primer lugar se agregó 5ml de la solución de azul de metileno, accionando la llave de la bureta y dejando regar el colorante sobre la disolución de agua y material.
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Figura 16. Primera adición de 5ml de azul de metileno.
Fuente: Autores Enseguida se agito dicha mezcla y se montó el vaso con esta sobre el agitador magnético, se puso dentro del vaso el imán y se acciono este, durante 5 minutos contados con cronometro, programado a 400 rpm, ayudando además de manera manual con el agitador de vidrio a agitar la mezcla, en el último minuto se aumentó a 600 rpm. Figura 17. Mezcla en el agitador magnético
Fuente: Autores 19
Figura 18. Mezcla manual de la preparación
Fuente: Autores Finalizado este proceso se retiró el vaso del agitador magnético y se agito unos pocos segundos manualmente, para luego realizar la prueba de coloración. En la prueba se colocó el papel filtro sobre un recipiente, sin que el papel tocase alguna superficie, a continuación se tomó con el tubo agitador, una gota de la mezcla en el fondo del vaso y se depositó sobre el papel de filtro. Figura 19. Prueba de coloración en el papel filtro.
Fuente: Autores Después se observó si el tono del centro del circulo que dejo la gota de la mezcla, fue por lo menos 8mm, y si a su alrededor se formó una aureola de un tono en un azul más claro que el del centro, y de más o menos 1mm de espesor. Como en la primera prueba el ensayo de coloración no fue positivo el procedimiento se repitió, añadiendo otros 5ml de solución colorante y repitiendo el procedimiento 20
antes mencionado, en la segunda prueba tampoco se consiguió el resultado y se procedió a efectuar una tercera prueba y cuarta prueba sin éxito, esta última con resultados casi esperados por lo que se procedió a agregar al final otros 2ml para hacer una quinta prueba en la cual se obtuvo un resultado de positivo. Figura 20. Prueba positiva para el valor de azul de metileno
Fuente: Autores Finalmente se consignó el volumen de 22ml de solución colorante, para lograr la absorción de esta en el material fino.
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5. DATOS OBTENIDOS
Los siguientes datos corresponden a lo obtenido durante el ensayo. Tabla 9. Datos obtenidos a partir del ensayo de azul de metileno
M1 (masa de la muestra de ensayo) g
V1 (volumen total añadido de la solución colorante ml)
10.051
22
Fuente: Autores
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6. CÁLCULOS
El valor de azul (VA), expresado en gramos de colorante por kilogramo de la fracción granulométrica pasante del tamiz de 4.75 mm (No.4), se calcula con la siguiente expresión: =
1
10 1
Donde: M1: Masa de la muestra de ensayo, g; V1: Volumen total añadido de la solución colorante, ml; Entonces en base a los datos obtenidos, decimos que: M1: 10.051gr V1: 22.00 ml =
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10 10.051
= . / ó
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7. ANÁLISIS DE RIESGOS
En la realización del presente ensayo se distinguen diferentes posibilidades de cometer errores que pueden afectar los resultados del mismo, estos se deben evitar en la mayor medida para que se cumplan las exigencias mínimas de las normas guía para la realización del ensayo, dichos factores se mencionan a continuación:
al adicionar el agregado en la probeta es importante hacerlo con mucho cuidado pues se tiene que prevenir que no se pierda agregado, y cuando se agrega la solución a la fracción de arena, se deben seguir las recomendaciones de la norma como lavar muy bien el tapón luego de haber agitado la solución. El debido uso de los equipos y materiales necesarios para el ensayo determinara la precisión de este, uno de los más importantes está en el procedimiento de agregar el azul de metileno, pues se debe de agregar según lo recomendado en la norma par no sobreestimar este valor y que pueda influir en los agregados. La calibración de los equipos cuenta como un factor fundamental en el desarrollo del ensayo, ya que la balanza es fundamental y esta determina las variables más importantes. Al colocar la muestra en el papel filtro es importante hacerlo de la mejor manera para que se pueda apreciar la abre bola.
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8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Con base en los resultados obtenidos y cálculos realizados el valor de azul de metileno arrojado en este ensayo fue de 21.9 gr colorante/Kg fracción. Es necesario aclarar que el valor de azul de metileno determinado mediante este ensayo se emplea para estimar la cantidad de arcilla nociva presente en la muestra de agregado. Un valor de azul de metileno significativo indica una gran cantidad de arcilla presente en la muestra. Para identificar si el valor de azul de metileno arrojado en el ensayo es significativamente grande procedemos a comparar dicho resultado con las especificaciones generales para construcción de Carreteras del INVÍAS. Al comparar el resultado obtenido en el laboratorio del valor de azul de metileno, se puede decir que para la tabla 330-2, de las especificaciones nombradas anteriormente, este valor no cumple para bases granulares debido a que el valor permitido para esta capa es de máximo 10 y el resultado fue de 21. Lo mismo pasa con la tabla 351-2 para bases tratadas con cemento el valor máximo permito es 10 por lo que tampoco cumple para este numeral. Cabe resaltar que según la norma, el procedimiento de azul de metileno solo es necesario utilizarlo si en el ensayo de equivalente de arena para la misma muestra, el resultado es menor a 30%, pero mayor o igual a 25%, de lo contrario no. Debido a que el material no cumple es necesario tratar la muestra, realizándole un lavado o aplicándole algún componente químico de manera que elimine el contenido de arcilla en la muestra y el valor obtenido este dentro de los rangos permisibles. Es probable que en el ensayo de equivalente de arena el valor obtenido haya sido inferior al 25%, debido a que el valor de azul de metileno dio un resultado significativamente grande.
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9. CONCLUSIONES
El valor obtenido de azul de metileno fue de 21.9 gr colorante/Kg fracción, el cual no cumple para ningún requisito de las capas de bases, Subbases y afirmado contempladas en las especificaciones generales de con strucción de carreteras del INVÍAS. El ensayo de valor de azul de metileno solo se realiza cuando en el ensayo de equivalente de arena el resultado es inferior al 30% pero mayor o igual al 25%, de lo contrario no, es posible que para este ensayo el resultado de equivalente de arena arrojara un valor menor al 25% debido que hay gran presencia de material arcilloso en el ensayo del valor de azul de metileno, el cual no cumple con los rangos permisibles para ninguna de las capas granulares. Es necesario realizarle un lavado a la muestra y tratarla con algún componente químico de manera que elimine el exceso contenido de arcilla presente y pueda estar dentro de los rangos aceptables por la norma. En las arenas destinadas a la confección de hormigón, la cantidad de partículas arcillosas es habitualmente más bien escasa, y ello tiene como consecuencia que con poca cantidad de Azul de Metileno se finaliza el ensayo, y por lo tanto el método pierde precisión. Para aumentar esta precisión, es necesario incrementar la cantidad de arcilla de la muestra a ensayar, y/o disminuir la cantidad de Azul que se introduce en la muestra en cada inyección
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10. RECOMENDACIONES
Dejar la solución del colorante azul de metileno, resguardada de la luz, antes de realizar el ensayo y sin dejar esta por más de 28 días, de lo contrario no será útil para el ensayo. Prevenir la exposición del material de agregado fino antes de la realización del ensayo, pues no es conveniente que este no se encuentre en sus condiciones originales. Accionar de manera adecuada la llave de la bureta, para evitar que la solución se riegue más de lo esperado y afectar la consecución del ensayo. Evitar regar o salpicar el colorante, pues este es un pigmento que es de difícil remoción y puede afectar tanto las instalaciones del laboratorio como al operario del ensayo. Durante el ensayo, ayudar de manera manual a agitar la mezcla será una forma efectiva de agilizar el ensayo y obtener mejores resultados. Al momento de realizar la prueba en el papel filtro, tener la mayor precisión con el tubo de vidrio para no hacer una marca en la que no se puedan identificar las condiciones de aceptación de la prueba. Las pruebas se deben realizar desde los extremos del papel filtro para distribuir mejor el espacio y poder comparar los resultaos para su aceptación y rechazo.
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11. BIBLIOGRAFÍA
Instituto Nacional de Vías, INVIAS. Normas de ensayos de materiales para carreteras: Determinación del contenido de vacíos en agregados finos no compactados (influenciados por forma de las partículas, textura de la superficie y gradación) I.N.V. E – 239 – 13 Secretaría de comunicaciones y transportes instituto mexicano del transporte Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica [en línea] http://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt299.pdf [ citado 9 septiembre 2017]
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