Laboratorio Nº3:ENSAYO DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

EC – 522G

Departamento Académico de Mecánica de Suelos

Laboratorio Nº 3:

ENSAYO DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS ABRASIÓN OBJETIVOS • •

Saber que tan resistente es el agregado que se va a utilizar ya sea para base, sub-base o carpeta asfáltica; ya que este material estará expuesto a una constante agresión física. Determinar la dureza se utilizando un método indirecto cuyo procedimiento se encuentra descrito en las Normas de Ensayo de Materiales para los agregados gruesos.

FUNDAMENTO TEÓRICO La resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros.

La Máquina de los Ángeles La Maquina de los Ángeles. Esta es un aparto constituido por un tambor cilíndrico hueco de acero de 500 mm de longitud y 700 mm de diámetro aproximadamente, con su eje horizontal fijado a un dispositivo exterior que puede transmitirle un movimiento de rotación alrededor del eje. El tambor tiene una abertura para la introducción del material de ensayo y de la carga abrasiva; dicha abertura está provista de una tapa que debe reunir las siguientes condiciones:

• •

Asegurar un cierre hermético que impida la perdida del material y del polvo. Tener la forma de la pared interna del tambor, excepto en el caso de que por la disposición de la pestaña que se menciona más abajo, se tenga certeza de que el material no puede tener contacto con la tapa durante el ensayo. • Tener un dispositivo de sujeción que asegure al mismo tiempo la fijación rígida de la tapa al tambor y su remoción fácil. Para determinar la dureza se utiliza un método indirecto cuyo procedimiento se encuentra descrito en las Normas de Ensayo de Materiales para los agregados gruesos, consiste básicamente en colocar una cantidad especificada de agregado dentro de la Máquina de los Ángeles. Se añade una carga de bolas de acero y se le aplica un número determinado de revoluciones. TIPO A B C D

NÚMEROS DE ESFERAS 12 11 8 6

MASA DE LAS ESFERAS (grs) 5000 ± 25 4584 ± 25 3330 ± 25 2500 ± 15

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El choque entre el agregado y las bolas da por resultado la abrasión y los efectos se miden por la diferencia entre la masa inicial de la muestra seca y la masa del material desgastado expresándolo como porcentaje inicial.

Abrasión = [Pa – Pb ] / Pa*100 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO • • • •

Máquina de los Ángeles Tamices Balanza.- Una balanza con una aproximación a 1gr. Carga abrasiva.- Consiste en esferas de acero o de fundición de diámetros entre 46.38mm y 47.63mm y un peso comprendido entre 390g y 445g.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO Abrasión Determinar la granulometría en % retenidos de la muestra, a fin de elegir el método de acuerdo a los tamices que tiene el mayor porcentaje de retenidos. Prepara el material (5kg o 10kg) dependiendo si la muestra de agregados es mayor a 2” o menor a 2”. Material < 2” → ASTM C-131 (5 kg) Material > 2” → ASTM C-535 (10 kg) Revisar si la máquina de los ángeles esta en buen estado, ya que si esta contiene residuos mayores a 2mm se requiere limpiarla; luego se coloca la muestra, luego colocar la muestra abrasiva, para finalmente hacer girar la máquina a 30-33 rpm, durante 500 revoluciones. Luego el material es retirado y tamizado por la malla # 12 Abrasión (%) =

Peso que pasa N 12 x 100 Pinicial

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TOMA DE DATOS Y RESULTADOS Nosotros, por las caracteristicas de los materiales utilizaremos e metodo “A”.

METODO "A" PASA 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" Nº4 Platillo

MALLA RETENIDO 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" Nº4

PESO RETENIDO (grs)

% RETENIDO

% ACUMULADO QUE PASA

1250 1250 1250 1250

25 25 25 25

75 50 25 0

5000 TIPO DE GRADACIÓN Peso muestra al comenzar el ensayo Peso material retenido en el tamiz Nº12 Peso material que pasa el tamiz Nº12 Porcentaje de desgaste (%)

Método "A" 5000 2615 2385 47,7 47.7

EQUIVALENTE DE ARENA OBJETIVOS • •

Conocer el procedimiento de los mencionados ensayos, el equipo y además poner en práctica lo explicado en clase. Para investigar la presencia de materiales finos o de apariencia arcillosa, que sean perjudiciales para los suelos y para los agregados pétreos.

FUNDAMENTO TEÓRICO Debido a que una buena cimentación de un camino necesita la menor cantidad de finos posible, sobre todo de arcillas, que son los materiales que en contacto con el agua causan un gran daño al pavimento, pues es necesario saber si la cantidad de finos que contienen los materiales que serán utilizados en la estructura del pavimento es la adecuada, por tal motivo se hizo necesario el plantear una manera fácil y rápida que nos arroje dichos resultados; sobre todo cuando se detectarán los bancos de materiales.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO • • • • • •

Probeta (2) Molde Tapón Cronometro Embudo Botellas de solución (Glicerina, Formaldehído, Agua destilada)

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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO • • • • • •

Probeta (2) Molde Tapón Cronometro Embudo Botellas de solución (Glicerina, Formaldehído, Agua destilada)

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO • • • •

Elaboración de un agente dispersante en base a formaldehído, glicerina y cloruro de calcio. Verter la solución en la probeta mediante un sifón. Verter la muestra con ayuda de un embudo, y dejar reposar por un periodo de 10 min. Luego de dejar reposar tapar la probeta e invertir cuidadosamente para proceder agitar la muestra por cualquier método de agitación que indica la norma.

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TOMA DE DATOS Y RESULTADOS MUESTRA Nº1 Lectura del nivel de arcilla: Lectura del nivel de arena:

4.7 " 3.5 "

Cálculo del equivalente de arena: SE(%) = (Lectura arena / Lectura arcilla )*100

=

74,5 %

DURABILIDAD OBJETIVOS • • •

Fortalecer los conocimientos adquiridos en clase con la práctica en laboratorio. Determinar la resistencia al hielo y deshielo que pueda tener un agregado. Entender el Ensayo de Durabilidad y saber interpretar los resultados obtenidos.

Durabilidad.-Es la propiedad que tiene un cuerpo o materia a la erosión química. Consiste que a la muestra (agregado) se lo someterá a un agente químico(sulfato de sodio o sulfato de magnesio) durante cinco ciclos para finalmente pesar el material final previo lavado y secado, para ver si el material cumple con las exigencias de la Norma o el expediente técnico de proyecto.

% desgaste = [ Pa – Pb ] / Pa PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO Se realiza el análisis granulométrico por tamizado, calculando los porcentajes retenidos en cada uno de los tamices. Se procede separadamente para el agregado grueso y al fino. PARA EL AGREGADO GRUESO

• • • • • • •

La muestra se tamiza por la malla N° 4 y se trabaja con el material retenido en este tamiz. El material lavado y seco se coloca en los recipientes por separado (los recipientes son 7, preestablecidos para un agregado grueso). Si el material comprendido entre los tamices es menor de 5% estas no intervienen en el ensayo. Su correspondiente pérdida será el promedio de la pérdida superior o inferior. El material será sumergido en el sulfato de sodio por espacio de 16 a 18 horas cubriendo al agregado totalmente. Retiran la muestra de la solución y secar en el horno a 110°C. Colocar nuevamente solución hasta completar 5 ciclos. Al término lavar la muestra hasta eliminar los sulfatos y secar a 110°C para verificar los pesos en los mismos tamices de ensayo. % Pérdida corregida

=

Escalonado original x % pérdida 100 Pag.5

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Para la granulometría general Resultado = Σ % Pérdida corregida PARA EL AGREGADO FINO

• •

La muestra se tamiza por la malla 3/8” y se trabaja con el material que pasa por este tamiz. Se tamiza por las mallas N° 4, 8, 16, 30 y 50, pesando aproximadamente 120 a 150 gr de material comprendido entre los siguientes tamices: 3/8” N° 4 N° 8 N° 16 N° 30

• • •

a a a a a

N° 4 N° 8 N° 16 N° 30 N° 50

Se coloca en taras distintas según el diámetro, se lava y se pone a secar en horno a 110°C. Se vuelve a tamizar por las mismas mallas, luego se pesa 100 gr de cada grupo. Se le añade el sulfato de sodio de modo que cubra completamente el material; y se procede de la misma manera que con el agregado grueso, cumpliendo los cinco ciclos. Al final se lava y seca las muestras para determinar el desgaste.

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TOMA DE DATOS Y RESULTADOS

ENSAYO DE DURABILIDAD CON SULFATO DE SODIO MTC E-209

AGREGADO GRUESO 1 2 3 4

TAMAÑO

%

2" a 1 1/2" 1 1/2" a 1" 1" a3/4" 3/4" a 1/2" 1/2" a 3/8" 3/8 a N°4

40 67 33 67 33

PESO (gr) REQUERIDO 2000 + 200 1000 + 50 500 + 30 670 + 10 330 + 5 300 +5

PERDIDAS PESO (gr) PESO (gr) INICIAL FINAL PESO (gr) % 2091.0 1856.0 235 11.24 1063.7 1025.4 38.3 3.60 545.1 534.9 10.2 1.87 658.7 478.3 180.4 27.39 342.1 289.4 52.7 15.40 300.0 289.2 10.8 3.60

GRADACIÓN PERDIDAS ORIGINAL CORREG (%) 0.340 3.821 0.214 0.771 0.153 0.286 0.108 2.958 0.073 1.125 0.112 0.403 Perdidas 9.364 totales

ANALISIS CUALITATIVO DEL AGREGADO GRUESO TAMAÑO 2" a 1 1/2" 1 1/2" a 1" 1" a3/4"

ALTERACION DE PARTICULAS DESPUES DEL ENSAYO Rajadas Fracturadas Laminadas (Escamosas) Nº INICIAL DE PARTCULAS Nº % Nº % Nº % 1 6.67 15 2 10.0 1 5.00 1 5.00 20 1 3.03 2 6.06 33

AGREGADO FINO

3/8" a N°4

PESO REQUERIDO(gr ) 100

PESO INICIAL(gr ) 100

N°4 a N°8

100

100

N°8 a N°16

100

100

N°16 a N°30

100

100

N°30 a N°50

100

100

N°50 a N°100 Pasa Nº100

-

-

TAMAÑO

PESO PERDIDAS GRADACIÓN PERDIDAS FINAL(gr PESO (gr) % ORIGINAL (%) CORREG (%) ) 91.9 8.10 8.10 0.117 0.95 12.1 87.9 12.10 0.029 0.35 0 15.8 84.2 15.80 0.137 2.16 0 14.1 85.9 14.10 0.096 1.35 0 16.8 83.2 16.80 0.044 0.74 0 0.168 0.415 Perdidas totales 5.56

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OBSERVACIONES Y CONCLUSISONES •

El porcentaje de desgaste es 47.7% para el método “A”, la Norma menciona 40% de cómo valor máximo para la costa, como vemos sobre pasa el valor maximo y por ende no se puede trabajar en la costa con este valor de desgaste.

•

El porcentaje de desgaste para la durabilidad para el agregado grueso es 63.1% y para el agregado fino es 5.56%, si cumple ya que el máximo es de 12% como máximo. Por lo tanto este material podrá ser utilizado en climas con muy baja temperatura.

•

El equivalente de arena para la 1ra muestra es de 74.5% , entonces podemos decir que el material esta cumpliendo la Norma, dado que esta indica como mínimo 35% para la costa y 45% para > de 3000 m.s.n.m. por lo tanto podemos usar el material.

•

Una de las consideraciones que se debe tener es el lavado de la muestra antes y después de ser ensayada para evitar sobre estimaciones del peso que se obtiene al final y por ende el porcentaje de desgaste.

•

El tiempo de espera que se requiere para realizar las lecturas en la probeta debe ser tal que se pueda visualizar de manera clara es preferible que sea de 20 min como especifica la norma, pero a veces se considera 30 min. Dependiendo si la visualización es difícil.

•

El equipo que se usa para la irrigación del ensayo de equivalente arena se encuentra en mal estado.

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CUESTIONARIO 1. Se efectuó el ensayo de equivalente de arena de un material de afirmado y se obtuvo 20% el cual es bajo para su uso ¿Que ensayo adicional serian necesario efectuar para confirmar el valor bajo obtenido? El ensayo que se efectuaría seria el ensayo de sedimentación ya que este ensayo también nos da resultados de porcentaje de arcilla presente en la muestra. 2. ¿Cómo afectaría los resultados, si la lectura de los niveles de arena y fino se efectúa a los 25 minutos de reposo de la probeta luego de efectuada la irrigación? Es resultado puede ser tomado como representativo? La Norma pone como reposo 20 minutos ya que en este tiempo el material de arena se ha asentado en el fondo y la arcilla se a ubicado en la parte superior de la arena, para el caso de 25 minutos la arena y la arcilla se encuentran completamente separados y la lecturas casi no variaran, el resultado puede tomarse como patrón. 3. Explique como determina la gradación del agregado para efectuar el ensayo de abrasión. -

Se tamiza y se nota el % que pasa y el % retenido. Se determina la gradación del material (Gradación A, B, C ó D). Se escoge la carga abrasiva dependiendo de la gradación (12, 11, 8 ó 6 esferas). Se lleva el material más esferas a la máquina de los ángeles. Se gira la máquina de los ángeles a 30 – 33 rpm., hasta 500 revoluciones. Luego el material es retirado y tamizado por la malla # 12.

4. Investigar para que uso del material, se empleara la gradación “D” (ASTMC131) del ensayo de abrasión. Para materiales tales como: muestras tipo arenas. Y se coge como muestra el peso retenido en la malla Nº8 que pasa la Nº4. El peso de la muestra es de 5000 gr.

5. Que relación tiene el ensayo de abrasión con el ensayo de durabilidad, podría obviar el ensayo de durabilidad si se ha efectuado el ensayo de abrasión? A fin de tener un juicio sobre la calidad del agregado. El ensayo de abrasión mide el % de desgaste mecánico y el ensayo de durabilidad mide el % de desgaste químico-mecánico. No se puede obviar el ensayo de durabilidad por que este ensayo nos da cuanto tiempo puede soportar una roca a la acción del interperismo físico y químico. Este ensayo es necesario en la construcción de presas, vías, etc. 6.

Investigar que tipos de agregados, pueden presentar valores altos de desgaste por abrasión y por durabilidad.

Por lo general las rocas ígneas es de buena calidad puesto que tiene una dureza alta, estas rocas se encuentran alojados como bancos de arena y piedras redondeadas a los bordes de los ríos, rocas que caen por efecto de la gravedad que se encuentran en las faldas de los cerros y en las quebradas también podrán ser utilizadas los cuales previo estudio par determinar la calidad para

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todos los requerimientos, el agregado también puede obtenerse mediante la trituración de los bloques grandes de rocas. Pero no solamente estos se usan en las pavimentaciones puesto que uno tiene necesariamente que usar los materiales más cercanos a la obra y es por eso que se toman en cuenta las rocas sedimentarias y metamórficas. Algunas rocas apropiadas para la construcción: ROCAS ÍGNEAS: Granito, Sienita y Diorita; trituración o chancado dan partículas angulosas y cúbicas Felsita o Basalto; se fractura en astillas Gabro, Andesita y Diabasa; se obtienen materiales aceptables ROCA SEDIMENTARIA: Caliza; Por su dureza y resistencia a la abrasión, aptos para la trituración, poco porcentaje de partículas alargadas y lajosas, buena adherencia y afinidad con el asfalto. Cuarcita; Dura y estable, en bajo porcentaje de cuarzo se emplea en concreto y mezclas asfálticas, muy abrasivo, en trituración proporciona partículas lajosas o alargadas. Areniscas; Produce agregados de buena calidad cuando la base cementante es sílice o hierro. ROCAS METAMÓRFICAS: Anfibolitas; color oscuro, pesado y duro, produce partículas muy regulares, resiste las heladas, buena adherencia con cemento y asfalto. Mármol; Muy densos, resistentes, escasa absorción (ideal para las heladas). GRAVAS Y ARENAS: Gravas y arenas de rio (A-1a y A-1b) agregados de buena calidad.

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