GUÍA DE LABORATORIO DE MATERIALES
Incluye Ensayes de Laboratorio para la Asignatura:
Materiales de Ingeniería
Lientur Guzmán Meza Ingeniero Civil
2008
INDICE
ÍNDICE ……….…… i
INTRODUCCIÓN ……….….. iv
ESTRUCTURA DEL CÓDIGO ……….… v
PARTE I. ARIDOS ………... 1
1. ÁRIDOS ……….. 1
1. Generalidades ……… 2
1.1 Definiciones ……… 3
1.2 Propiedades de los áridos ……… 3
1.3 Características del grano ………. 4
1.4 Cualidades de la superficie del grano ……… 5
1.5 Muestreo de los áridos ....……….……... 6
1.6 Frecuencia del muestreo ...……….… 8
1.7 Ensayos a los áridos ………... 8
2. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD (NCH 1515) …… 9
Objetivos ……… 10
Procedimiento ……… 11
3. DETERMINACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA (NCh 166) …………. 12
Objetivo ………..… 12
Procedimiento ……… 12
4. CUBICIDAD DE PARTÍCULAS (LNV 3-86) ………..… 13
Terminología ………..… 13
Expresión de resultados………... 13
5. ESPONJAMIENTO DE LAS ARENAS ………..… 15
Procedimiento ………..…. 15
Expresión de resultados ……….. 16
6. DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA DE GRAVAS, GRAVILLAS Y ARENAS (NCh 1116) ……….… 18
Definiciones ………..….. 18
Procedimiento ………. 20
7. DENSIDAD NETA, REAL, Y ABSORCIÓN DE LOS ARIDOS GRUESOS (NCh 1117) ………. . 22
Antecedentes y definiciones ………. 22
Procedimiento para los pétreos gruesos ……… 25
Determinación de la absorción ……….... 25
8. PORCENTAJE DE HUECOS EN ÁRIDOS (NCh 1326) ……… 29
Determinacón práctica de huecos en gravas ……….. 30
Determinacón práctica de huecos en arenas ……….. 31
9. DETERMINACIÓN PRÁCTICA DEL % DE FINOS < 0,08 mm (NCh 1223) ………. 33
Objetivo y antecedentes ……….. 33
Procedimiento ……… 33
10. DETERMINIACIÓN COEF. VOLUMÉTRICO DE LAS GRAVAS (NCh 1511) ………... 35
11. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (NCh 165) ……….. 38
12. CATASTRO DE ÁRIDOS … ……….. 48
Gravas ………. 48
Gravillas ……….. 49
Arenas ………. 50
PARTE II. METALES ……… 51
ENSAYO DE TRACCIÓN ……….. 52
MÁQUINAS UNIVERSALES DE ENSAYO Y EXTENSÓMETROS ……….. 53
COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE ALGUNOS MATERIALES SOMETIDOS A TRACCIÓN Y COMPRESIÓN ……… 54
ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO ……….. 55
PARTE III. CERÁMICOS ……….. 58
CERÁMICOS………. 59
UN CERÁMICO IMPORTANTE: LADRILLO ………. 60
ANEXOS. ………. 67
ANEXO A. Ejemplos resueltos ……….. 68
ANEXO B. Ejercicios propuestos……….. 70
ANEXO C. Fichas típicas ………. 79
INTRODUCCIÓN
Este documento es resultado de la experiencia de más de 20 años obtenida en el Laboratorio de Materiales y Geotecnia del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles perteneciente a la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Santiago de Chile.
Este documento tiene como finalidad apoyar la docencia y entregar antecedentes básicos sobre las experiencias que se desarrollan en el laboratorio. En ningún caso, el alumno, debe considerar el contenido de este documento como suficiente para comprender el comportamiento de los materiales, el estudio constante complementará sus conocimientos.
Se ha incluido material proveniente de diversas fuentes adecuándolo a los programas de las asignaturas del área. El contenido del texto no es una transcripción de las normas, el desarrollo de las experiencias necesariamente deberá complementarse con el estudio de la norma correspondiente. Para la presente guía se han considerado fundamentalmente las siguientes normas: NCh y LNV (Laboratorio Nacional de Vialidad).
Esta guía está sujeta a mejora continua, por lo que se agradece hacer llegar cualquier sugerencia al Laboratorio de Materiales y Geotecnia.
En la presente edición, se incluye en la primera hoja una estructura de códigos que tiene por objeto explicar la codificación de los documentos a usar en el Departamento de Ingeniería en Obras Civiles.
Se agradece el apoyo de los profesores del área Eduardo Barra Rivera y Pablo Medina Dávila.
ESTRUCTURA DEL CÓDIGO
ESTRUCTURA DEL CÓDIGO: X - y.y - PPP - qq
• X : Identifica el tipo de documento, que puede ser:
P : Procedimiento I : Instructivo E : Especificaciones F : Formulario L : Listado G : Guía
• y.y : Tres caracteres que dependen de la cátedra o tipo de laboratorio a ejecutar:
Com Computación Est Estructuras Geo Geotecnia Hid Hidráulica Hor Hormigón Mad Madera Mat Materiales
San Sanitaria y Ambiental Top Topografía
• PPP : Tres o cuatro caracteres que dependen la función del documento LDoc : Laboratorio Docente
LExt : Laboratorio de Extensión y Servicios Eje : Ejercicios y/o Ejemplos.
Lec : Lectura Reg : Reglamento
• qq : Indica el correlativo de creación de cada documento para cada cátedra o laboratorio.
Ejemplo de Código: G-Mat-LDoc-1 (G) Corresponde a una guía.
(Mat) Dicha guía es del Laboratorio de Materiales (LDoc) La guía se usa en Docencia.
(1) Es el documento de la primera sesión del laboratorio de Materiales.
PARTE I ÁRIDOS
CODIGO G-Mat-LDoc-1
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008
VERSIÓN Nº 3
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002
AUTOR Lientur Guzmán Meza
PARTE I Á R I D O S
1 GENERALIDADES
Los materiales pétreos son aquellos cuya constitución básica es la piedra o los que tienen la misma naturaleza que ella.
La piedra es el más antiguo material de construcción. Hasta 1890 la historia de la arquitectura fue la construcción en piedra. Hoy este material ha perdido importancia como elemento de construcción y se le emplea más bien como elementos decorativos.
Sin embargo, su importancia reside actualmente en el uso que se le da en el hormigón, tanto simple como armado. De su calidad va depender la resistencia del hormigón ya que ocupa aproximadamente el 75% de su masa, es el esqueleto resistente. En las mezclas asfálticas ocupa aproximadamente el 90% de su masa.
Dentro de las rocas sedimentarias se encuentran las rocas incoherentes o disgregadas que resquebrajadas dan origen a fragmentos de aristas vivas, llamados bloques o cascajos, según sea su tamaño. Las rocas que provienen de canteras, son procesadas en plantas chancadoras y clasificadoras dan formas con aristas agudas y se les llama “áridos de canto vivo”. Las provenientes de ríos o pozos, arrastradas por las aguas van pulimentándose formando las piedras llamadas “áridos de canto rodado”.
Según sean las dimensiones, algunos autores las clasifican como:
− Bolones : mayores de 80 mm (sobre 3” )
− Grava gruesa : de 80 a 40 mm (de 3” a 1 ½” )
− Grava Fina : de 40 a 20 mm (1 ½” a ¾” )
− Gravilla : de 20 a 10 mm (¾” a 3/8”)
− Grava arena : de 10 a 5 mm (3/8” a Nº 4)
− Arena gruesa : de 5 a 2 mm (Nº 4 a Nº 10)
− Arena media : de 2 a 0,50 mm ( Nº 10 a Nº 40)
− Arena fina : de 0,50 a 0,080 ( Nº 40 a Nº 200)
− Limo o polvo : de 0,05 a 0,005mm
− Arcilla : de 0,005 a 0,001 mm
− Coloides : menores que 0,001 mm.
A las cinco primeras, se les conoce, según normas, como árido grueso; a las cuatro siguientes como árido fino; y las dos últimas constituyen las arcillas.
Según sea la composición química de estas rocas disgregadas, se las denomina silíceas, calizas, etc.
1.1 DEFINICIONES
Árido: material pétreo compuesto de partículas duras, de forma y tamaño estables.
Árido natural: árido procedente de yacimientos pétreos y que no ha sido sometido a tratamiento mecanizado.
Árido tratado: árido que se sometió a tratamiento de trituración, dosificación por tamaños y/o lavado en operaciones mecanizadas.
Arena (árido fino): árido que pasa por el tamiz de abertura nominal de 5 mm y es retenido en el de 0,08 mm ( Nº 200).
Grava (árido grueso): árido retenido en el tamiz de abertura nominal de 5 mm (Nº 4),
Árido total (árido combinado): árido resultante de la combinación de arena y grava en proporciones definidas por el estudio de dosificación y que ha de emplearse en la fabricación de un hormigón.
Árido revuelto (árido integral): arena y grava mezclada en proporción no definida.
1.2 PROPIEDADES DE LOS ÁRIDOS
Las piedras que se utilizan en construcción deben tener las siguientes propiedades:
- Ser homogéneas, compactas, duras, estables y de grano uniforme.
- Carecer de grietas, coqueras (cavidades), nódulos, restos orgánicos, etc. lo que se aprecia fácilmente por el sonido claro al golpearlas con el martillo.
- Ser resistentes a las cargas que hayan de soportar: flexión, compresión, desgaste, impacto, etc., aproximadamente superior a 500 kg/cm2 las eruptivas y 250 kg/cm2 las de sedimentación y metamórficas.
Se realizan diversos ensayos para estos efectos pero hay incertidumbres en la interpretación de los mismos. Las partículas forman parte de un conjunto, están confinadas, lo que hace difícil pronunciarse sobre si es más útil contar con una partícula dura o de otra que, siendo más blanda, interactúe en mejor forma con el medio que la rodea.
Las arenas de Pirque con blandas, sin embargo, se obtienen resistencias a la compresión y flexotracción destacables.
Los áridos de baja robustez estructural producen hormigones de baja resistencia al desgaste lo que los hace descartables en pavimentos.
La absorción se relaciona con:
- la finura de los granos - la rugosidad de la superficie - cantidad de poros accesibles - afinidad del material con el agua.
Se recomienda limitar la absorción de agua en un 5% en peso para hormigones que no estarán en contacto con humedad. Para hormigones impermeables se limita al 3%. En hormigones pobres se tolera hasta un 10%.
- Tener buena adherencia a los morteros.
- Dejarse labrar fácilmente.
- Libre de contaminaciones, impurezas, sales, arcilla, residuos azucarados, carbón, mica, etc.
- Buena granulometría o distribución ordenada de los distintos tamaños de las partículas pétreas.
1.3 CARACTERÍSTICAS DEL GRANO
La forma de los granos influye en las propiedades del hormigón. Las piedras de formas irregulares (mayor superficie específica) producen dificultades en el manipuleo o menor trabajabilidad, pero, por otra parte, produce mayor trabazón y soporta mejor las tracciones. Un exceso de partículas irregulares acarrea dificultades que se compensan con el uso de los finos (arena y cemento) los que hacen disminuir las resistencias y aumentan las deformaciones por contracción.
Para los efectos prácticos se puede decir que no hay problemas en el uso de áridos redondeados y áridos de cantos angulosos (chancado) siempre y cuando se use la dosificación adecuada.
Se recomienda no usar o evitar el usar arenas con formas irregulares o angulosas.
Los defectos de forma de granos se convierten en dificultad de colocación y ésta se trata de compensar con exceso de finos (arena y cemento) y agua, lo que disminuye la resistencia y aumenta las deformaciones de contracción.
Frente a la estabilidad físico química es importante pronosticar un comportamiento estable frente a los ataques físicos y químicos y que los hace permanente en el tiempo. Varios son los factores que degradan a los áridos:
- composición mineralógica - porosidad accesible - compuestos solubles - compuestos reactivos
- tipos de cemento con los que se va a usar - solicitaciones, etc.
Tiene que existir afinidad con la pasta de cemento. La reacción química de los áridos con los álcalis del cemento produce dilataciones y agrietamientos. El ópalo (sílice hidratada amorfa) también reacciona desfavorablemente. Para que se produzcan estos fenómenos deben coincidir tres condiciones:
− áridos reactivos
− cementos con exceso de álcalis
− ambiente cálido y húmedo
En Chile se han observado casos aislados en la zona norte. Se puede prevenir haciendo:
- observaciones de los hormigones de la zona - haciendo análisis de reactividad potencial
- verificando diagnósticos positivos en estudios petrográficos
- comprobando deformaciones en probetas confeccionadas con áridos y cementos que serán usados.
1.4 CUALIDADES DE LA SUPERFICIE DEL GRANO Superficie específica.
Cada vez que se parte una piedra aparece una nueva cara que deberá ser cubierta con cemento.
En los materiales más finos hay más superficie por unidad de peso. La superficie específica corresponde a la suma del área total de las partículas que caben en la unidad de peso. Se expresa en cm2/g para los finos y en cm2/kg para arenas y gravas.
Pregunta: sean 1000 g de partículas de densidad real G y diámetro medio “a”, ¿cuál es la superficie específica?
El diámetro medio “d” puede ser establecido como el promedio aritmético o geométrico de los valores máximo y mínimo, generalmente los valores de dos mallas sucesivas de la serie normal. El valor “d” se expresa en cm.
a) Determinación del número N de granos que hay en el kg.
[ ]
33
6 cm N d
V = ⋅π⋅ P=V∗G
( )
g⋅
⋅
=N π
S d2 (cm2) 6
1000⋅
Los valores resultantes de éste cálculo, en que se han supuesto granos esféricos, densidad real 2,7 y diámetro equivalente a la media geometría de los tamaños extremos, se muestra en la tabla siguiente. Hay que hacer correcciones por la forma de los granos.
Tabla 1. Superficies específicas.
Valores relativos de las superficies específicas.
Mallas Aberturas ( mm ) cm2/kg
3” a 1 ½” 80 a 40 412
1 ½” a ¾” 40 a 19 828
¾” a 3/8” 19 a 9,5 1660
3/8” a Nº 4 9,5 a 5 3300
Nº 4 a Nº 8 5,0 a 2,5 6080
Nº 8 a Nº 16 2,5 a 1,25 13200
Nº 16 a Nº 30 1,25 a 0,63 26300
Nº 30 a Nº 50 0,63 a 0,315 53200
Nº 50 a Nº 100 0,315 a 0,16 105600
Para un material de río, estos coeficientes se aumentan en 10 a 15%. Para materiales de chancado se emplean coeficientes de 1,4 a 1,6.
1.5 MUESTREO DE LOS ARIDOS.
Una de las operaciones más importantes a considerar previo a los ensayos a que se ha de someter el árido es el muestreo. Para los fines de control de la producción, los áridos pueden se muestreados en yacimientos, canteras, pozos, plantas, vehículos, acopios, correas transportadoras.
Para los fines inmediatos del hormigón, los áridos pueden muestrearse en la obra, sea sobre o durante la descarga de camiones para control de recepción, o en el punto de entrada al equipo pesador o mezclador para control de uso.
La muestra en definitiva debe ser “representativa“, es decir, que muestre la verdadera naturaleza y condición (uniformidad y variabilidad) de todo el material existente.
Precauciones para la extracción:
1. Para extraer muestras de acopio o montones se procede a tomar paladas al azar en distintos puntos y desde el interior del acopio haciendo excavaciones u hoyos a distintos niveles en contorno de, acopio.
2. Se recomienda no tomar paladas del material en la base ni en la cima de los acopios.
Las extracciones efectuadas a unos 30 cm de altura sobre el piso y de 30 cm más abajo del nivel superior, pueden proporcionar muestras más representativas.
3. Para extraer muestras desde camiones se efectúan excavaciones en distintos puntos de la capa, retirando porciones a medida que se profundiza la excavación.
4. Para muestrear en correas transportadoras, se procede a detener el sistema en distintos instantes de la operación, retirando cada vez todo el material existente en un tramo, por ejemplo, en un metro lineal de correa.
Reducción por cuarteo:
La cantidad de material extraída para muestreo debe ser unas cuatro veces la cantidad de muestra requerida por el laboratorio.
Para los ensayos esta muestra debe ser reducida aún más mediante el procedimiento de cuarteo que puede ser mecánico o manual.
El procedimiento mecánico es un aparato separador que desvía el material proporcionalmente en dos fracciones, mediante canaletas alternadas, hacia ambos lados. El material se desparrama horizontalmente en le parte superior del aparato, recogiéndose en recipientes en la parte inferior. Se prosigue de igual forma con una de las fracciones hasta obtener el tamaño de la muestra deseada.
El procedimiento manual es como sigue:
- El material se revuelve y luego se amontona formando un cono.
- Mediante pala el material se aplasta formando un círculo.
- Se trazan dos ejes perpendiculares separando el material en cuatro cuadrantes.
- Se eliminan dos cuadrantes opuestos.
- Con los cuadrantes que quedan se prosiguen las reducciones hasta obtener el tamaño de muestra requerido.
- En las arenas resulta fácil el proceso si se humedece.
Tamaño de las muestras para laboratorio:
Como recomendación general y según en número de ensayos debe considerarse:
1.- Para ensayos corrientes:
Se recomienda enviar al laboratorio una cantidad de material, expresado en litros a lo menos dos veces el tamaño máximo del árido medido en mm.
Ej.: Grava de 20 mm
Volumen de la muestra = 20 x 2 = 40 litros.
En la práctica esto corresponde enviar:
- 2 sacos cementeros de grava (aprox. 70 lt) - 2 sacos cementeros de gravilla (aprox. 50 lt) - 1 saco cementero de arena (aprox. 25 lt)
2.- Si se requiere confeccionar mezclas de prueba, además de los ensayos corrientes, se debe enviar, a lo menos, dos veces las cantidades anteriores.
1.6 FRECUENCIA DEL MUESTREO
Debe hacerse en forma constante y periódica con una frecuencia de muestreo que permita conocer las variaciones o características del árido.
La NCh 164 fija esta frecuencia de muestreo, según el lugar en que se encuentra el árido y el objetivo del control.
- Durante la producción el árido: cada 1000 m3 de árido producido o cada mes de producción, el que sea más exigente.
- Durante la recepción de la obra: cada 500 m3 de árido grueso y cada 300 m3 de árido fino recibidos. Cada 750 m3 de árido grueso y 450 m3 de árido fino si el productor proporciona ensayos del último mes de producción.
- Durante el uso en la dosificación: cada 300 m3 de hormigón elaborado, siempre que sea de la misma recepción.
Además de la frecuencia del muestreo, es importante fijar el tamaño de los lotes. Un plan de muestreo aceptable es efectuar un muestreo diario o cada 200 m3 por árido, el que sea más exigente. Para evitar decisiones personales se recurre a una decisión probabilística. La NCh 43 establece un sistema para seleccionar la muestra mediante la aplicación de los llamados
“números al azar“.
1.7 ENSAYOS A LOS ARIDOS
Para caracterizarlos se les somete a variados ensayos:
a) Ensayos básicos para la aceptación:
- impurezas arcillosas
- contenido de materia orgánica b) Ensayos para dosificación:
- densidad aparente compactada seca - densidad aparente suelta
- densidad real, neta - absorción - esponjamiento - porcentaje de huecos - granulometría.
c) Ensayos particulares:
- Dureza, reactividad silícea, contenidos salinos, equivalente de arena, coeficiente de forma, coeficiente volumétrico.
Los principales requisitos exigidos a las gravas (rodadas o chancadas) y gravillas son:
Tabla 2. Requisitos para gravas.
REQUISITOS PARA LAS GRAVAS
ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN HORMIGON
SIMPLE ARMADO PAVIMENTO
Finos arcillosos por lavado en tamiz Nº 200 % máximo 1,0 1,0 0,5
Desgaste en máquina Los Angeles, % máx. 50 50 40
Coef, de forma medio del grano, minimo:
- árido > 25 mm
- árido ≤ 25 mm 0,15
0,12 0,20
0,15 0,15
0,12 Porosidad, según absorción de agua, % máx. 2,0
Desintegración en 5 ciclos de sales, % máx.
- en sulfato de sodio
- en sulfato magnesio 12
18
Contenido de cloruros y sulfatos solubles Véase capítulo agua Sulfuros oxidables, como SO4 1,80 kg/m3, hormigón
Tabla 2. Requisitos para arenas.
REQUISITOS DE LAS ARENAS
ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN
HORMIGON
SIMPLE ARMADO PAVIMENTO
Finos arcillosos por lavado en # 200, % máx. 5 5 3 Impurezas orgánicas, color máximo Amarillo claro
Desintegración en 5 ciclos de sales, % máx.
- en sulfato de sodio - en sulfato magnesio
10 15 Porosidad, según absorción de agua, % máx. 3
Equivalente de arena, % mínimo 75
2. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD. NCh 1515.
Objetivo
Se pretende determinar el contenido de agua que tiene un material y que está presente en las formas que se indican:
- agua gravitacional - agua capilar
- agua de constitución o pelicular.
El agua que queda retenida en los poros y sobre la superficie de las partículas se llama
“agua retenida”. De esta agua retenida se tiene el agua químicamente combinada, que es la que forma parte de la estructura cristalina de los minerales y en una cantidad muy pequeña.
Esta agua no puede ser eliminada si se seca hasta 110°C, de ahí la práctica de secar las muestras es entre 105 y 110 °C.El agua que se pierde en el secado a que s someten los materiales en el laboratorio es el agua gravitacional y capilar.
Tanto en las arenas como en las arcillas la humedad produce esponjamiento, o sea aumento de volumen. Este aumento interesa en el caso de las arenas cuando se especifican los materiales en volumen en el caso de hormigones.
A un árido es posible encontrarlo bajo cuatro condiciones o estados de humedad;
húmedo con agua libre; húmedo sin humedad libre o saturado superficialmente seco (sss);
parcialmente seco o semi-saturado y finalmente seco.
Figura 1. Estados de humedad.
El estado sss es el estado de humedad neutro del árido y corresponde a la condición en que se encuentra el árido, cuando está dentro del hormigón fresco: no aporta ni gasta agua. Es una condición importante en los hormigones para fijar la razón agua/cemento.
Es conveniente hacer dos determinaciones de humedad cuyos resultados no deben diferir en más de 0,3%.
El secado debe ser a peso constante. Se entiende por peso constante el valor obtenido cuándo la pérdida de peso, entre dos pesadas sucesivas después de una hora adicional de secado, sea menor a 0,1% del peso del material.
Partícula Seca Partícula
Superficialmente Seca Agua
Intersticial Partícula Saturada
Agua Libre Agua
Intersticial
Procedimiento:
Se debe tomar una muestra de acuerdo al tamaño máximo de la muestra según la tabla:
Tamaño máximo (mm) Cantidad a emplear ( g )
50 3000 25 1000 12,5 750
5 500 2 100 0,5 10 1.- Determinar y registrar la masa del recipiente (Mr)
2.- Colocar la muestra en el recipiente y pesar (Mh) 3.- Secar en horno por 24 hr a 110 +/- 5 C°
4.- Determinar la masa de la muestra seca (Ms) 5.- Determinar la humedad con:
Fórmula a aplicar sin considerar recipiente:
= − ⋅ 100 (%) ms
ms ω mh
Fórmula a aplicar cuando se considera recipiente:
⋅ 100 (%)
−
= −
mr ms
ms ω mh
en que: mh = masa húmeda ms = masa seca
mr = masa recipiente
3. DETERMINACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA. NCh 166 ANALISIS COLORIMÉTRICO
Objetivo
Determinar en forma cualitativa la presencia de materia orgánica en suelos y arenas. La presencia de impurezas orgánicas en los áridos es perjudicial en la dosificación de hormigones, debido a que éstas le quitan las propiedades a la mezcla, es decir, pueden absorber parte del agua que se ha calculado y variar la razón agua/cemento (A/C). También provoca que la interfase (zona entre el árido y el cemento) no se adhiera correctamente haciendo un hormigón menos resistente.
Una arena con presencia considerable de materia orgánica la hace inutilizable para los fines de morteros y hormigones.
Se llama “Índice de coloración” en términos de ácido tánico, superior a 500 partes por millón, es la característica de una solución que tiene una intensidad de color superior (té cargado) a la solución tipo.
Reactivos: Solución de hidróxido de sodio, NaOH (soda cáustica) al 3% y una solución de ácido tánico al 2%.
Preparación:
La solución de NaOH al 3% se prepara disolviendo 30 gr. de soda cáustica en 970 cc de agua destilada.
La solución de ácido tánico al 2 % se prepara disolviendo 2 g de ácido tánico en 10 cc de alcohol de 95° y 90 cc de agua destilada.
La solución patrón de ácido tánico de 500 partes por millón se prepara agregando 2,5 cc de solución de ácido tánico al 2 % a 97,5 cc de la solución de soda cáustica al 3%. Se agita y se deja reposar por 24 hr.
Procedimiento:
Se coloca en una probeta 150 a 200 g de la muestra a analizar junto con 100 cc de la solución de soda cáustica al 3%. Se agita y se deja decantar por 24 hr. Al cabo de ese tiempo se comparan los colores de la solución con el material con la muestra patrón con ácido tánico. Si el color es más oscuro que el patrón quiere decir que hay presencia de materia orgánica.
Color solución Contenido estimado materia orgánica Transparente
Cetrino Amarillo Te simple Te cargado
No tiene Indicios Regular Abundante Muy abundante
4. CUBICIDAD DE PARTÍCULAS (LNV 3-86)
Este método establece el procedimiento para determinar las partículas chancadas, rodadas y lajeadas de la fracción retenida en tamiz 5 mm de un pétreo.
Este método se aplica a todos los áridos y agregados pétreos que se emplean en pavimentos.
TERMINOLOGÍA
Chancado: partícula pétrea que tiene dos o más caras fracturadas.
Rodado: partícula pétrea que tiene una cara fracturada o que no tiene fracturas ni aristas.
Laja: partícula pétrea en que la razón entre la dimensión máxima y mínima, referida a un prisma rectangular circunscrito, es mayor que cinco.
Cantidad mínima necesaria para la muestra de ensayo:
Tamaño máximo de
las partículas (mm) Masa mínima (g)
50 1000 25 750 20 500
12,5 y menor 250
CÁLCULOS PARCIALES:
Chancado: para calcular el porcentaje de partículas chancadas, use:
⋅100
= + Ai
Di
Chi Bi (%)
Rodado: para calcular el porcentaje de partículas rodadas, use:
⋅100
= + Ai
Ei
Ri Ci (%)
Laja: para calcular el porcentaje de laja, use:
⋅100
=Di+Ei
Li (%)
RESULTADOS FINALES:
Chancado total:
5 20
5 5 20 20
2 2
A A
Ch A Ch Ch A
+
⋅ +
= ⋅
Rodado total:
5 20
5 5 20 20
A A
R A R R A
+
⋅ +
= ⋅
Laja efectiva:
5 20
5 5 20 20
2 2
A A
L A L L A
+
⋅ +
= ⋅
en que:
A20 = Masa de la fracción que pasa por tamiz 20 mm A5 = Masa de la fracción que pasa por tamiz 5 mm Ch20 = Chancado que pasa por tamiz 20 mm
Ch5 = Chancado que pasa por tamiz 5 mm R20 = Rodado que pasa por tamiz 20 mm R5 = Rodado que pasa por tamiz 5 mm L20 = Laja que pasa por tamiz 20 mm L5 = Laja que pasa por tamiz 5 mm.
5. ESPONJAMIENTO DE LAS ARENAS
La arena al estar húmeda superficialmente, ocupa un mayor volumen que estando seca.
Si se tiene una cierta cantidad de material granular seco y se compacta, se obtiene un volumen V. Si esta misma cantidad de material, se humedece levemente y se compacta de igual forma ocupará ahora un mayor volumen. Repitiendo la operación anterior con creciente cantidad de agua, su volumen aumentará hasta un valor máximo para luego ir disminuyendo, a medida que se agrega más agua, hasta alcanzar el mismo volumen seco V. Este aumento de volumen se llama “esponjamiento” (e) y es un valor típico para cada arena.
Arena seca esponjada inundada Figura 2. Esponjamiento de arenas.
La explicación física sería: cuando un material seco es compactarlo, los granos toman contacto entre sí dejando un mínimo de huecos. Al humedecerlo los granos se cubren con una película de agua muy firme y que es difícil de romper por las fuerzas intermoleculares entre la superficie de los granos y la película de agua (agua elástica). Debido a esta película es que el volumen aumenta. Esta película no crece indefinidamente sino que llegado a cierto espesor se rompe y los granos vuelven a tomar contacto entre sí y el agua se localiza en los huecos que quedan entre ellos (agua libre).
arena seca con agua elástica Figura 3. Contenido de agua.
esponjamiento
Siendo “V“, el volumen de la arena húmeda y “v“, el nivel de la arena inundada, el porcentaje de esponjamiento con respecto a la arena seca será:
⋅ 100
= − v
v e V
En obra, es útil conocer el esponjamiento cuando la arena se mide volumétricamente en carretilla.
El gráfico siguiente muestra curvas típicas de esponjamientos de arena gruesa y fina.
[%]
2 4 6 10
Figura 4. Esponjamiento arenas.
Tabla 3. Esponjamiento arenas del río Maipú.
(Valores del material seco correspondiente a 1dm3 de Vap) HUMEDAD DENSIDAD
0 1,808 2 1,354 4 1,318 6 1,316 8 1,298 10 1,321 12 1,352 14 1,394 16 1,440 Para calcular el esponjamiento en función de las densidades se utiliza la fórmula:
% humedad Arena fina
Arena gruesa
10 20 30
⎥⎥
⎥⎥
⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎢
⎣
⎡
−
⋅
= 100 1
D ap D C e
en que:
Dc = densidad aparente seca y compactada
Dap = densidad aparente húmeda y suelta, descontada la humedad.
6. DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA. NCh 1116
Este método establece los procedimientos para determinar las densidades aparentes de los pétreos que se emplean en la elaboración de morteros, hormigones, tratamientos superficiales y mezclas asfálticas.
La densidad de un árido es el cuociente entre el peso y el volumen del material pesado y se expresa en kgm3.
Definiciones.
- Hueco: espacio vacío entre las partículas de un pétreo.
- Poro: espacio vacío interiores de una partícula de pétreo.
- Vap = volumen aparente, es volumen de agua desplazado por la piedra, supuesta recubierta de una membrana impermeable infinitamente fina.
En hormigones se definen las siguientes densidades:
- Densidad aparente: considera el volumen de los granos (Vr), el volumen de los huecos entre los granos y el volumen de los poros accesibles e inaccesibles. Se usa en la dosificación: Vr + ha + hi + H
) (kg/m 3 hi
ha H Vr
Ms Vap
Dap Ms
+ +
= +
=
- Densidad real: considera el volumen de los granos y el volumen de los poros accesibles e inaccesibles. Se usa en la dosificación.: Vr + ha + hi
) (kg/m
3
hi ha Vr Dr Ms
+
= +
- Densidad neta: considera el volumen de los granos y el volumen de los poros inaccesibles. Se usa para conocer la porosidad del grano.: Vr + hi = Vap – ha
⎥⎦ ⎤
⎢⎣ ⎡
= +
3m kg hi Vr Dn Ms
- Densidad absoluta (Dab): corresponde a lo que en forma errónea se le designa por peso específico. Considera sólo el volumen del grano, condición que se logra cuando el material es molido a polvo impalpable. Su valor sirve para distinguir el origen mineralógico del árido.
] [kg/m
3hi
ha H Vr Dab Ms
−
−
= −
La compacidad (C) es la relación entre el volumen de sólidos que tiene un material granular y el volumen aparente que ocupa. El complemento de la compacidad es la “Oquedad”
(Oq) o cantidad de huecos.
Para un conjunto de áridos:
Compacidad (C):
Oq
Vap
C = ∑ Vr = 1 −
Dr Dap Vap
C = Vr =
Se define la porosidad absoluta (Pa) u oquedad como:
C
Vr Oq h
Pa = = = 1 −
Oquedad (Oq):
∑ ∑ =
= − en que Vap - Vr volumen de huecos entre los áridos.
Vap Vr Oq Vap
Ms = masa del material seco a masa constante.
Vr = volumen real ha = huecos accesibles hi = huecos inaccesibles.
h = huecos totales ( ha + hi)
Equipos:
- Balanza, horno, varilla pisón, recipientes, regla de enrase, poruñas, etc.
PROCEDIMIENTOS:
Determinación de la densidad aparente suelta de los pétreos, incluye: arena, gravilla y grava.
− Tomar muestra representativa (cuarteo) y secar hasta masa constante.
− Ocupar un recipiente de volumen conocido y de capacidad que indica la norma según el tamaño máximo nominal del pétreo en mm. (aprox. se usan 10 a 15 lt)
El volumen de la medida se realizará pesando el recipiente vacío y luego lleno de agua. El peso del agua será el volumen del recipiente. Se considera para los fines prácticos que la densidad del agua es uno. (γw = 1 kg/dm3).
Vaciar el pétreo con una poruña desde una altura del borde del recipiente de 5 cm en una medida de capacidad volumétrica especificada (V) para el tamaño máximo nominal del pétreo.
Determinar la masa (Ms) del pétreo suelto o compactado que llena la medida.
Determinar la densidad aparente ( Dap) dividiendo la masa del pétreo por la medida por la capacidad volumétrica de la medida. Calcular la densidad aparente como el promedio aritmético de dos ensayos sobre muestras gemelas.
Vap
Daps= Ms (kg/m3) Daps = densidad aparente suelta.
Ms = masa del material seco a masa constante.
Vap = volumen del tiesto que lo contiene.
Determinación de la densidad aparente compactada de las arenas, gravas y gravillas.
− Llenar la medida en tres capas de espesores aproximadamente iguales, teniendo la última capa un exceso de pétreo por sobre el borde de la medida.
− Emparejar cada capa y compactar mediante 25 golpes de pisón uniformemente repartidos. El pisón debe penetrar levemente en la capa inferior.
− Enrasar la superficie con el pisón sin rellenar los huecos.
− Registrar la masa del recipiente lleno en kg.
− La densidad aparente compactada será el promedio de dos muestras gemelas aproximando a 10 kg/m3.
Se aplica a los pétreos de tamaño nominal igual o menor a 50 mm ( 2”). Llenar la medida en tres capas iguales compactando cada una de ellas con un pisón normalizado de 16 mm de diámetro terminado en media esfera. La expresión será:
Vap
Aceptación de resultados: Se acepta la determinación de las densidades cuando la diferencia entre los dos resultados obtenidos por el mismo operador, en ensayes sobre muestras gemelas, sea igual o inferior a 30 kg/m3.
Para los pétreos de tamaño máximo nominal igual o superior a 50 mm e igual o inferior a 100 mm se aplica el procedimiento por percusión para la determinación de la densidad aparente compactada. Se llena en tres capas y se compacta cada una de ellas levantado el recipiente por cada asa a una altura de 5 cm y dejándola caer sobre una base firme. Se repite hasta completar 50 percusiones dejando caer la medida 25 veces de cada asa.
7. DETERMINACIÓN DENSIDAD NETA, REAL Y ABSORCIÓN DE LOS PÉTREOS GRUESOS. NCh 1117.
Se aplicará a los pétreos cuya densidad neta fluctúe entre 2000 y 3000 kg/m3 que son los que se emplean en hormigones, mezclas asfálticas y tratamientos superficiales.
El problema radica en determinar el volumen de un árido o de una cantidad de áridos. Para ello se aplica el principio de Arquímedes (287-212 a de C.)
“Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado “.
Antecedentes teóricos.
La densidad real y neta permite conocer los volúmenes compactos del árido con el fin de dosificar morteros y hormigones. Relacionada con la densidad aparente permite conocer la compacidad (C ) del árido. La absorción está íntimamente relacionada con la porosidad interna de los granos de árido y con la permeabilidad de los morteros y hormigones.
Se llama pétreo grueso al material retenido en el tamiz N° 4 (5 mm ) y N° 8 (2,5 mm).
Definiciones.
- Vap = volumen aparente = volumen de agua desplazado por la roca, supuesta recubierta de una membrana impermeable infinitamente fina.
- Vr = volumen real, es el volumen que ocupa la roca, sin contar el aire que encierra: Vap – ha –hi = Vap – h.
- ha = huecos accesibles o poros, también llamados abiertos, son los que están en comunicación con el aire exterior a la roca.
- hi = huecos inaccesibles o poros, también llamado cerrados, son los que no están en comunicación con el aire exterior a la roca.
- Pétreo grueso: material retenido en el tamiz de 5 mm y 2,5 mm que se emplea en hormigones y asfalto respectivamente.
- Densidad real ( Dr): densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas del pétreo, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.
- Densidad real de pétreo seco (Drs); densidad real en que se considera solamente la masa del pétreo seco.
- Densidad real del pétreo saturado superficialmente seco (Drsss): densidad real en que se considera la masa del pétreo seco mas la masa del agua que llena los poros accesibles.
- Densidad Neta ( Dn): densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas más el volumen de los poros inaccesibles.
- Absorción de agua ( Ab): masa de agua necesaria para llevar un pétreo de estado seco a estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje del pétreo secado en horno hasta masa constante.
- Secado hasta masa constante: límite de secado en que dos pesadas sucesivas, separadas por una hora de secado, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1% de la menor masa determinada.
La densidad real sss es aquella en que se considera la masa del pétreo seco más la masa de agua contenida en los poros accesibles.
Se define como estado sss al grado y distribución de humedad que corresponde a la saturación de las cavidades accesibles, sin presencia de agua libre en la superficie de granos.
Si se sumerge una piedra en agua por 24 hr ésta se satura y si se seca su superficie y se pesa, se tiene:
Msss = Ms + γw * ha = M + ha γw = 1 kg/dm3 Si se pesa sumergida en una balanza hidrostática, según Arquímedes:
Msum = Ms – ( Vap – h )*γw
Msss = masa de pétreo saturado superficialmente seco.
Ms = masa del pétreo en estado seco.
γw = densidad del agua (1 kg/dm3 supuesto a una t° = 18°C y a nivel del mar)
Absorción de agua es la masa de agua necesaria para llevar un pétreo de estado seco a estado sss. en 24 hr. Ello representa o pretende representar al volumen de huecos accesibles de las piedras. Se expresa como porcentaje del pétreo secado en horno hasta masa constante.
Se recomienda limitar la absorción de agua al 5% en peso cuando se trata de hormigones que no estarán en contacto con agua. Para el caso de hormigones que deben ser impermeables se limita en el 3% y se permite hasta el 10% en hormigones pobres o de menor importancia.
En pavimentos es más riguroso aceptándose para las gravas un 2% y para las arenas un 3%.
(%) 100
Ms * Ms Msss Ms
Ab = Mw = −
El agua libre (wL) que tiene el árido será:
Equipos: Balanza, horno , recipiente, canastillo, herramientas.
La forma de determinar la densidad de un material fino (arena, suelo fino) es hacer tres pesadas:
- Masa de un picnómetro con agua (Mw)
- Masa seca del material fino (aprox. 200 gr) Ms
- Masa del picnómetro con agua y el material dentro de él. (Mt)
Si ha y hi son los huecos accesibles e inaccesibles, entonces los huecos totales serán h = ha + hi; luego el volumen real (Vr) será:
Vr = Vap – h
Vap = volumen aparente
La densidad real Dr será:
h Vap Dr Ms
= −
Expresiones:
- Vr = volumen real, es el volumen que ocupa la roca, sin contar el aire que encierra:
Vap – ha –hi = Vap – h
Dr Dap
h Vap
M Vap
M
Vap h Vap rente Volumenapa Compacidad
h Vap
M Vap
Dap M
=
−
− =
=
=
= −
=
=
real Volumen (C)
hi - ha - Vap Dr M
;
Se llama porosidad absoluta (Pa) a la relación: (Oquedad)
Vap C Vr Vap
h Vap Vap
Vap h Vap Vap Vap
Vap Vap h Vap
hi ha Vap
Pa = h = + = + − = + − =1− − =1− =1−
La porosidad relativa (Pr) considera solamente los poros accesibles (ha)
Vap
= ha Pr
PROCEDIMIENTOS PARA LOS PETREOS GRUESOS:
El tamaño de la muestra de ensayo debe ser de 4 kg cuando el tamaño máximo absoluto sea igual o inferior a 40 mm (1 ½”)
− Eliminar por tamizado las partículas inferiores a 5 mm ó 2,5 mm para hormigón o asfalto respectivamente.
− Saturar la muestra por 24 horas en agua.
− Hacer una pesada sumergida (Msum) mediante un canastillo.
− Secar superficialmente con un paño las piedras y pesar (Msss).
− Secar la muestra hasta masa constante a 110 más menos 5 grados Celsius. (Ms) Expresiones:
Densidad real saturado superficialmente seco. ⋅1000
= −
Msum Msss
Drsss Msss (kg/m3)
Densidad real del pétreo seco: ⋅1000
= −
Msum Msss
Drs Ms (kg/m3)
Densidad neta : ⋅1000
= −
Msum Ms
Dn Ms (kg/m3)
DETERMINACIÓN DE LA ABSORCIÓN
Si la humedad (ω) del árido es menor que la ωsss éste absorberá agua durante el amasado, se le denomina absorción parcial.
Si la cantidad de agua ω es mayor que la ωsss, entonces habrá agua libre que será cedida a la masa de hormigón durante la amasada.
. )
( Total Humedad y
100
% T Abs
M M
Abs M L
s s
sss − ⋅ = −
= ω ω
Msss = masa saturada superficialmente seca.
Ms = masa seca ( se obtiene en horno a 110° C durante 24 hrs. ) ωT = humedad total
ωL = humedad libre Abs = absorción.
Las densidades se expresan en kilos por metro cúbico aproximando a 10 kg/m y la absorción se expresa en porcentaje aproximando a 0,05%
Procedimiento para determinar las densidades real, neta y absorción de los finos. NCh 1239.
Objetivo
Las densidades real y neta de las arenas permiten conocer sus volúmenes compactos con el fin de dosificar morteros y hormigones. Relacionado con la densidad aparente, puede determinarse la compacidad del árido. La absorción está íntimamente vinculada con la porosidad interna de los granos del árido y con la permeabilidad de los morteros y hormigones.
Procedimiento:
Si la muestra contiene un porcentaje igual o inferior a 15% de material retenido en el tamiz de 5 mm, se eliminará dicha fracción retenida, y a la fracción que pasa se le aplicará el procedimiento. Si el porcentaje es superior al 15% se separará en dos fracciones por el tamiz de 5 mm y se determinará por separado cada fracción. En este caso los resultados se expresarán como el promedio ponderado de las densidades real y neta y absorción de agua correspondiente a ambas fracciones.
% pasa, que fracción la
de masa en
kg/m en pasa que fracción la
de neta densidad Dnp
retenida,%
fracción la
de masa en Pr
kg/m en retenida fracción
la de neta
) (kg/m
100 Pr
3 3 3
porcentaje Pp
porcentaje densidad Dnr
Pp Dnp Dp Dnr
=
=
=
=
⋅ +
= ⋅
Absorción del árido integral:
% pasa, que fracción la
de absorción Abp
% retenida, fracción
la de absorción Abr
(%) 100
Pr
=
=
⋅ +
= Abr ⋅ Abp Pp
Abp
- Se estima una cantidad de material fino de aproximadamente de 1 kg, seco y limpio.
- Sumergir el árido en agua por 24 hr para conseguir el estado saturado.
- Para conseguir el estado sss de la arena se procede a secarla suavemente hasta conseguir que compactada en un molde tronco cónico con 25 golpes con un pisón normalizado, se produzca un desmoronamiento según un talud natural. Conseguido esto se toma una cantidad superior a 50 gr e inferior a 500 gr.
- Se pesa un picnómetro que generalmente es un matraz aforado con agua hasta la marca de calibración. (Mpic+w).
- Se coloca la muestra en estado sss en el matraz y se vuelve a llenar con agua hasta la marca de calibración.
- Se agita el matraz a fin de eliminar las burbujas de aire en forma inclinada y golpeándolo con las manos.
- Se mide y registra la masa total del matraz más la muestra. (Mpic+w+arena).
- Saturar el material por 24 hrs en agua.
- Determinar el estado saturado superficialmente seco mediante un cono normalizado. Se llena el cono con el material secado gradualmente en una corriente de aire caliente. Se compacta con 25 golpes y se levanta el cono, si el cono conserva su forma se prosigue el secado hasta que al levantar el cono se produzca un asentamiento o talud natural.
- Se toma una muestra de la arena en estado sss (generalmente 200 gr) y se vacía en un picnómetro para determinar, mediante el principio de Arquímedes, el volumen de esta masa. Se pesa el matraz más la arena en estado sss. ( Msss)
- Se recupera el material del picnómetro y se seca a masa constante y se pesa, Ms.
- Se recupera la muestra del matraz y se seca a masa constante y se registra su peso (Ms).
Expresiones:
Densidad real de la arena sss: (Drsss)
) (kg/m
1000
3− ⋅
= +
+ +
+w pic w arena
pic
Msss M
M Drsss Msss
Densidad real de la arena seca (Drs):
) (kg/m
1000
3− ⋅
= +
+ +
+w pic w arena
pic
Msss M
M
Drs Ms
- Absorción de agua: = − ⋅100 Ms
Ms
Ab Msss (%)
Ms = masa de la muestra seca, g
Msss = masa de la muestra saturada superficialmente seca, g Mpic+w = masa del matraz con agua hasta la marca de calibración, g
Mpic+w+arena = masa del matraz con agua más la muestra hasta la marca de calibración, g.
Cada valor de densidades y absorción se obtendrá como el promedio aritmético de dos ensayos sobre muestras gemelas.
Las densidades se expresarán en kg/m3, aproximando a 10 kg/m3 y la absorción se expresará en porcentaje, aproximando a 0,05%.
Se acepta la determinación de densidades y absorción de las arenas cuando la diferencia entre dos resultados obtenidos por un mismo operador en ensayos sobre muestras gemelas, sea:
- igual o inferior a 30 kg/m3 en la determinación de densidades.
- igual o inferior a 0,40% en la determinación de absorción de agua.
8. PORCENTAJE DE HUECOS EN ARIDOS (NCh 1326 Of.77)
El contenido de huecos que tiene un árido no se emplea directamente en el cálculo de la dosificación pero entrega un valor que permite comprobar la regularidad granulométrica de él.
Una grava con alto porcentaje de huecos si se mezcla con gravilla se mejora su granulometría disminuyendo los huecos.
Un árido con un alto contenido de huecos significa deficiencias en algunos tamaños como sucede en el caso de las gravas “cortadas” en 25 mm procedentes de plantas clasificadoras que tienen un alto contenido de huecos. Si estas gravas se mezclan con gravilla, al mejorar la granulometría, los huecos disminuyen.
Los huecos de un árido corresponden a las separaciones o vacíos de los granos mayores que no son llenados por granos menores. El concepto de compacidad de la dosificación está basado en el relleno de huecos.
Los huecos se expresan en porcentajes y representan la relación entre el volumen de vacíos y el volumen aparente de los granos contenidos en un recipiente.
aparente volumen
Vap
huecos de
volumen Vh
(%) 100
=
=
⋅
= Vap H Vh
Se puede demostrar, a partir de esta relación, que el porcentaje de huecos tiene relación con la densidad real y la densidad aparente que es un método indirecto analítico de obtener el porcentaje de huecos:
seca.
compactada aparente
densidad Dap
seca real densidad Dr
(%) 100
=
=
− ⋅
= Dr
Dap
H Dr
Para una mezcla binaria con material monogranular 1ª Ley :
Se alcanza la máxima compacidad en una mezcla binaria con siete partes en peso de material base y tres partes de material de relleno aproximadamente.
Se llama material monogranular al que queda limitado entre un tamaño máximo y un mínimo que es la mitad del máximo.
2ª Ley:
Para una base monogranular de tamaño D, la máxima compacidad se alcanza con un relleno monogranular de dimensión igual a 1/16 D.
3ª Ley:
La compacidad depende de la granulometría.
Los granos de cantos redondeados dan más altas compacidades que los materiales chancados.
La compacidad se altera con la humedad y el grado de energía de compactación.
La determinación de la densidad real se efectúa de acuerdo a las normas NCh 1117 para las gravas y NCh 1239 para las arenas y la la determinación de la densidad aparente se efectúa de acuerdo a la norma NCh 1116.
DETERMINACIÓN PRÁCTICA DE HUECOS EN GRAVAS.
Es un método rápido de terreno y da un valor diferente al calculado matemáticamente dependiendo del grado de saturación del árido. El valor más exacto se obtiene con los áridos en estado sss.
Como en terreno no se tienen los áridos saturados, se procede con los áridos secos, realizando el ensayo en forma rápida.
Para las gravas se seca superficialmente el material (estado saturado superficialmente seco, SSS) y en un tiesto de 10 lt se llena en tres capas apisonando cada una de ellas con 25 golpes con una barra de hierro liso de 60 cm de longitud por 1,5 cm de diámetro y punta redondeada (punta de bala). Se enrasa con regla metálica sin acomodar el material y con una probeta se vacía agua hasta que aflore registrando la cantidad de agua usada.
El volumen de agua usada ( Vw ) representa el contenido de huecos, expresado en porcentaje resulta:
) 100 V ( muestra Volumen
Vw) ( empleada agua
Volumen Hueco
% = ⋅
También se calcula a partir del conocimiento de la densidad real y aparente seca del material:
Dr 100 Da - Huecos Dr
% = ⋅ NCh 1326
Dr = densidad real ...NCh 1117 Da = densidad aparente ... NCh 1116
DETERMINACIÓN PRÁCTICA DE HUECOS EN ARENAS.
Con la arena sumergida 24 hr se determina el estado superficialmente seco. Para ello se utiliza un molde metálico tronco cónico, un pisón y 600 cm3 aprox. de arena saturada. Se llena el molde con arena y se apisona con 25 golpes, si hay humedad libre al sacar el cono el molde de arena permanecerá intacto. Se seca gradualmente la arena hasta que al retirar el cono se produzca un asentamiento del material según un talud natural.
Conseguido este estado se toman 500 cm3 de arena en una probeta (arena saturada y en estado SSS y asentada) y en otra probeta 300 cm3 de agua. Se vacía la arena en la probeta con agua y se lee el volumen del agua más la arena. El porcentaje de huecos de la arena será:
500 100
) arena V(agua
- 300
%Huecos=500+ + ⋅
RELACION ENTRE LOS HUECOS Y LAS “Dap” Y “Dr”
Los huecos dejados entre los granos se expresan en % de su volumen en relación al volumen aparente.
V
100 h ap
h H V
H V ⋅
=
⇒
⋅
=
( ) ( )
( )
D 100 H
D 100 -D 1 H
1 100
1 100 D 100
2) y 1) De
(2) D 100
P 100
R
R ap ap
R
⎥⋅
⎦
⎢ ⎤
⎣
⎡ −
=
⎟⎟⋅
⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
=⎛
⇒
=
−
⎟⎠
⎜ ⎞
⎝⎛ −
⋅
⋅
=
⋅
⎥⎦
⎢ ⎤
⎣
⎡ ⋅
−
⋅
=
⋅
− ⋅
⋅
=
⋅ ⇒
−
− =
=
R ap R ap
ap R ap ap
ap ap
R ap
ap ap
ap ap
h ap R
D D D H D
V H D V D
V V H
D V
V V H
V V H
P V
V D P
9 DETERMINACIÓN DEL % FINOS MENOR QUE 0,08 mm. NCh 1223.
Objetivo
Establece el procedimiento, mediante tamizado húmedo, para determinar el contenido de material fino compuesto por partículas inferiores a 0,08 mm en los pétreos.
Antecedentes teóricos:
El material más fino que la malla N° 200 (0,08 mm) que posee un árido se conoce como arcilla; ésta recubre los granos de árido formando una película que desmejora la adherencia entre el árido y la pasta de cemento, lo cual afecta la resistencia mecánica del mortero u hormigón.
Equipos: Balanza, tamices: 1,25 mm (N° 16); N°200 (0,08 mm), recipientes, horno, herramientas.
Procedimiento
- Tomar una muestra representativa mediante cuarteo en la cantidad que indican la norma correspondiente.
- Secar a masa constante y registrar su masa en estado seco (ms).
- Lavar la muestra en un recipiente de modo de separar el material más fino y vaciarlo en los tamices con la malla N° 16 sobre la 200 para protegerla. Con agua corriente se continúa el lavado hasta que el agua escurra limpia y clara.
- Recuperar este material lavado y secarlo a masa constante.
- Pesar este material lavado y registrar su masa como ml.
- El porcentaje de fino por lavado será:
mm.
0,08 a inferior fino
material de
contenido Mf
(%) 100
=
− ⋅
= ms
ml Mf ms
Mf = contenido de fino menor que 0,08 mm Ms = masa seca a masa constante, en gr.
Tamaño de la muestra.
Tamaño muestra Dn (mm) Masa mín. muestra seca (gr)
40 o más 5000
20 2500 10 2000 5 500 2,5 100
Requisitos para Gravas y arenas. Cantidad de finos.
HORMIGON SIMPLE ARMADO PAVIMENTO
GRAVA: Máximo fino menor Nº 200 1 1 0,5
ARENA: Máximo fino menor Nº 200 5 5 3
10. DETERMINACIÓN COEF. VOLUMÉTRICO DE LAS GRAVAS. NCh 1511
La forma de los granos es importante. Los granos pueden tener formas esféricas, elipsoidales, poliédricas, laminares y alargadas. La forma ideal para los áridos redondeados o naturales es la esférica, y para los angulosos – producto de la trituración mecánica o chancado – es la cúbica. Los granos laminares, alargados o irregulares dan mezclas poco trabajables y con tendencia a causar sedimentación y exudación. Se llama COEFICIENTE VOLUMÉTRICO de un grano cualquiera, a la razón entre su volumen aparente y el de una esfera de diámetro igual a su mayor dimensión.
El coeficiente volumétrico medio de las gravas es un índice que muestra cuantitativamente la forma de los granos del árido por comparación a la esfera. Un árido posee un CV mayor cuanto más redondeado sea, lo que influye principalmente en la manejabilidad del hormigón fresco.
Este ensayo se aplica especialmente a los áridos provenientes de planchas chancadoras.
La forma de las partículas desempeña un efecto importante sobre las propiedades del hormigón. Las piedras de formas irregulares son consideradas como defectuosas y son tolerables en pequeña cantidad. En las arenas se hace más difícil la definición de la forma que en las gravas. Generalmente se aplican conceptos cualitativos y se recomienda evitar el uso de arenas de granos de formas irregulares o angulosas.
Los defectos de forma se convierten en dificultad de colocación y ésta se trata de compensar con exceso de finos (arena y cemento) y agua, lo que disminuye la resistencia y aumenta las deformaciones de contracción.
El coeficiente volumétrico proporciona una idea de la regularidad de las partículas. Es una relación entre el volumen v de la partícula y el volumen de la esfera circunscrita.
D
Otra forma de controlar es el “coeficiente de forma”. Existen recomendaciones francesas que emplean las proporciones entre las aristas de una piedra. Recomiendan el uso de áridos similares a la esfera o, por lo menos, próximos a cubo. Estas exigencias se pueden aproximar a la desigualdad:
L + A ≤ 6 E L
E
A Figura 6. Coeficiente de forma.
El CV medio para gravas de densidad real normal consiste en calcular la suma de volúmenes reales de las partículas que constituyen un árido y la suma de los volúmenes de las esferas que inscriben las partículas del árido. Estas se relacionan y se determina el CVM.
Procedimiento:
- Se determina y registra el tamaño máximo absoluto del árido (Ta).
- Se reduce por cuarteo el material retenido en Nº 4 a las cantidades que especifica la norma.
- Se acondiciona la muestra al estado SSS de acuerdo a la norma NCh 1117.
- Se coloca en una probeta graduada un volumen de agua que la deje totalmente sumergida.
Se registra el volumen como V1.
- Se sumerge la muestra en el agua de la probeta, se agita para eliminar burbujas de aire. Se registra este volumen como V2.
- Se determina el volumen de agua desplazada V V= V2 – V1
- Se miden con el pie de metro la mayor dimensión de cada partícula (Ni ) y se registra.
- Se calcula y se registra la sumatoria del cubo de Ni:
(∑Ni3 = N13
+ N23
+ N33
+ ... + Nn3
) - Se calcula el CVM de acuerdo a:
6 esfera d Volumen que
en
91 , 6 1
6
3
3 3
3
= ⋅
⋅
⋅ =
= ⋅
= ⋅
∑
∑
∑
π π
π Ni
V Ni
V Ni
CV V
Ejemplo: Da = 40 mm
Cantidad mínima de ensayo = 500 gr.
V1 = 300 cc V2 = 486 cc
V = V2 – V1 = 486 – 300 = 186 cc Ni ( cm ) Ni3 (cm3 )
3,8 54,87
2,5 15,63
. .
. .
0,6 0,22
_____________
∑ Ni3 = 2090,68 cc
17 , 68 0 , 2090 14 , 3
186 6 6
3 =
⋅
= ⋅
= ⋅
∑
VNiCV π
Figura 7. Medida con pie de metro.
Se recomienda en gravilla usar CV > 0,15
Para hormigón armado impermeable usar CV > 0,20 Para hormigones en masa CV ≈ 0,12 – 0,15
Una grava de río puede tener un valor sobre 0,40.
Ni