Equivalente de Arena (1)

EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS

RICHARD ANDRES BENITEZ GALINDO

IVAN DAVID CRUZ CRUZ

MIGUEL ANGEL LOPEZ RODRIGUEZ

DIEGO ANDRES NARANJO CAICEDO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VAS

TUNJA

2014

EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS

INV-E-133-07

GRUPO No. 5

RICHAR ANDRES BENITEZ GALINDO

201110637

IVAN DAVID CRUZ CRUZ

201110267

MIGUEL ANGEL LOPEZ RODRIGUEZ

201110222

DIEGO ANDRES NARANJO CAICEDO

201110078

Fecha de Entrega: Marzo 13 de 2014

Profesor: Ing. MSc. GONZALO PERZ BUITRAGO

Materia: MATERIALES PARA INGENIERA

Monitor: BEIMAR EMILIO CASTEBLANCO MORALES

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VAS

TUNJA

2014

CONTENIDO

INTRODUCCIN .................................................................................................... 7

1. OBJETIVOS ..................................................................................................... 8

Objetivo general ................................................................................................... 8

Objetivos especficos ........................................................................................... 8

2. MARCO DE REFERENCIA .............................................................................. 9

2.1 Generalidades del ensayo .......................................................................... 9

2.2 Definiciones basicas................................................................................... 9

Arena ................................................................................................................... 9

3. EQUIPOS ....................................................................................................... 12

1. Cilindro graduado plastico .......................................................................... 12

2. Tapon macizo ............................................................................................. 12

3.1 Tubo irrigador ........................................................................................... 12

3.2 Tubo flexible ............................................................................................. 13

3.3 Botellon .................................................................................................... 13

3.4 Dispositivos para tomar lecturas .............................................................. 13

3.5 Capsula .................................................................................................... 14

3.6 Embudo .................................................................................................... 14

3.7 Agitador mecanico.................................................................................... 14

4. PROCEDIMIENTO ......................................................................................... 15

4.1 Preparacion de la muestra ....................................................................... 15

4.2 Desarrollo del ensayo ............................................................................... 16

5. DATOS OBTENIDOS ..................................................................................... 18

6. CALCULOS .................................................................................................... 19

6.1 Probeta 1 .................................................................................................. 19

6.2 Probeta 2 .................................................................................................. 19

6.3 Probeta 3 .................................................................................................. 19

6.4 Probeta 4 .................................................................................................. 19

6.5 Equivalente de arena promedio ............................................................... 19

7. ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................................ 21

8. CONCLUSIONES .......................................................................................... 22

9. BIBLIOGRAFA .............................................................................................. 23

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Cilindro graduado plstico ...................................................................... 12

Figura 2 Tapn macizo ......................................................................................... 12

Figura 3 Tubo irrigador ......................................................................................... 12

Figura 4 Tubo flexible ........................................................................................... 13

Figura 5 Botellon .................................................................................................. 13

Figura 6 Dispositivo toma de lecturas .................................................................. 13

Figura 7 Capsula .................................................................................................. 14

Figura 8 Embudo .................................................................................................. 14

Figura 9 Agitador mecanico.................................................................................. 14

Figura 10 Tamizado ............................................................................................. 15

Figura 11 Llenado de la capsula .......................................................................... 15

Figura 12 Enrazado de la capsula ........................................................................ 16

Figura 13 Agitacion de la muestra ........................................................................ 16

Figura 14 Proceso de decantacion ....................................................................... 17

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Datos obtenidos en el ensayo .................................................................. 18

Tabla 2 Resultados del ensayo ............................................................................. 20

EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS, INV. E.-133-07

7

INTRODUCCIN

Debido a que una buena cimentacin de una obra de ingeniera necesita la menor

cantidad de finos, sobre todo de arcillas, que son los materiales que en contacto

con el agua causan un gran dao al pavimento, pues es necesario saber si la

cantidad de finos que contienen los materiales que sern utilizados en la

estructura del pavimento es la adecuada, por tal motivo se hizo necesario plantear

una manera fcil y rpida que nos arroje dichos resultados; sobre todo cuando se

detectan los bancos de materiales.

En este caso se busca determinar el equivalente de arena en los suelos

agregados finos o porcentaje de arcilla, como se sabe esto es importante a la hora

del control de calidad en la obra, ya que el constructor debe garantizar que el

material arcilloso sea el menor posible o podra poner en riesgo la estabilidad de

las bases de la va.

El ensayo a los materiales se realiz de acuerdo a las normas de materiales

especificadas por el INVIAS INV-E-133, dado que toda obra de ingeniera debe

cumplir con los estndares de dicha entidad.


8

1. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar el equivalente de arena o la proporcin de material nocivo en

agregados finos.

OBJETIVOS ESPECFICOS

- Conocer de forma clara como se calcula el ensayo de equivalente de arena

de una muestra de agregado fino.

- Comparar los resultados obtenidos con las especificaciones de

construccin de carreteras para verificar el cumplimiento con las normas y

para que puede ser utilizado.

- Comprender el significado de la cantidad de finos como arcilla y polvo, y

poder relacionar este resultado con la toma de decisiones para seleccionar

el material como agregado para la construccin de una capa de pavimento.


9

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 GENERALIDADES DEL ENSAYO1

La influencia de estas propiedades tiene efectos importantes no slo en el

acabado y calidad de la va sino tambin sobre la trabajabilidad y consistencia al

estado plstico, as como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elsticas y

trmicas, cambios volumtricos y peso unitario del concreto endurecido.

Este ensayo produce como resultado un valor emprico de la cantidad relativa,

finura y carcter del material arcilloso presente en la muestra de suelo o agregado

fino.

Se puede especificar un valor mnimo del equivalente de arena, para limitar la

cantidad admisible de finos arcillosos en un agregado.

Este mtodo de ensayo permite determinar rpidamente, en el campo, variaciones

de calidad de los agregados durante la produccin o la colocacin.

2.2 DEFINICIONES BASICAS

ARENA2 La arena es un conjunto de partculas de rocas disgregadas. En geologa se

denomina arena al material compuesto de partculas cuyo tamao vara entre

0,063 y 2milmetros (mm). Una partcula individual dentro de este rango es

llamada grano de arena. Una roca consolidada y compuesta por estas

partculas se denomina arenisca (o psamita). Las partculas por debajo de los

0,063 mm y hasta 0,004 mm se denominan limo, y por arriba de la medida del

grano de arena y hasta los 64 mm se denominan grava.

1 INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. INV-133-07. Equivalente de arena de suelos y agregados finos 2 Wikipedia. Arena [en lnea]. Ariadna Comunicacin Estratgica. [citado 15 Marzo, 2013].

Disponible en la web: http://es.wikipedia.org/wiki/Arena


10

El componente ms comn de la arena, en tierra continental y en las costas no

tropicales, es el slice, generalmente en forma de cuarzo. Sin embargo, la

composicin vara de acuerdo a los recursos y condiciones locales de la roca.

Gran parte de la fina arena hallada en los arrecifes de coral, por ejemplo, es caliza

molida que ha pasado por la digestin del pez loro. En algunos lugares hay arena

que contiene hierro, feldespato o, incluso, yeso.

Segn el tipo de roca de la que procede, la arena puede variar mucho en

apariencia. Por ejemplo, la arena volcnica es de color negro mientras que la

arena de las playas con arrecifes de coral suele ser blanca.

La arena es transportada por el viento, tambin llamada arena elica, (pudiendo

provocar el fenmeno conocido como calima) y el agua, y depositada en forma

de playas, dunas, mdanos, etc. En el desierto, la arena es el tipo de suelo ms

abundante. La granulometra de la arena elica est muy concentrada en torno a

0,2 mm de dimetro de sus partculas.

RESUMEN DEL METODO3

A un volumen determinado de suelo o agregado fino se le adiciona una pequea

cantidad de solucin floculante, mezclndolos en un cilindro de plstico graduado

y agitndolos para que las partculas de arena pierdan la cobertura arcillosa. La

muestra es entonces "irrigada", usando una cantidad adicional de solucin

floculante, para forzar el material arcilloso a quedar en suspensin encima de la

arena.

Despus de un perodo de sedimentacin, se determinan las alturas de la arcilla

floculada y de la arena en el cilindro. El "equivalente de arena" es la relacin entre

la altura de arena y la altura de arcilla, expresada en porcentaje.

3 Ibd. INV. 133-07. 9 pg.


11

( )

Si el equivalente de arena calculado no es un nmero entero, se debe redondear

al nmero entero superior.


12

3. EQUIPOS

1. CILINDRO GRADUADO

PLASTICO

Descripcin: Permite almacenar la

muestra de arena y posteriormente

saturarla para efectos del ensayo.

Cantidad: 3

Grado de precisin: 0.1

Figura 1. Cilindro graduado plstico

FUENTE: Los Autores

2. TAPON MACIZO

Descripcin: Tapn de caucho que se

utiliza para tapar el cilindro graduado

durante la agitacin.

Cantidad: 1

Grado de precisin: No aplica

Figura 2. Tapn macizo

FUENTE: Los Autores

3.1 TUBO IRRIGADOR

Descripcin: Tubo de acero

inoxidable que se utiliza para aplicar

la solucin dentro del cilindro

graduado.

Cantidad: 1


Figura 3. Tubo irrigador

FUENTE: Los Autores


13

3.2 TUBO FLEXIBLE

Descripcin: Tubo de caucho con

pinzas que permita cortar el paso del

lquido a travs del mismo, este tubo

conecta el sifn con el tubo irrigador.

Cantidad: 1


3.3 BOTELLON

Descripcin: Se utiliza para

almacenar la solucin a utilizar y se

debe localizar en una parte alta.

Cantidad: 1


3.4 DISPOSITIVOS PARA TOMAR

LECTURAS

Descripcin: Se utiliza para la toma

de lecturas del nivel de arena y tiene

un peso total de 1 Kg.

Cantidad: 1


Figura 4. Tubo flexible

FUENTE: Los Autores

Figura 5. Botelln FUENTE: Los Autores

Figura 6. Dispositivo toma de lecturas

FUENTE: Los Autores


14

3.5 CAPSULA

Descripcin: Se utiliza para preparar

la muestra de arena que se requiere

para el ensayo.

Cantidad: 1


3.6 EMBUDO

Descripcin: Se utilizar para introducir

la muestra de arena dentro del

cilindro graduado.

Cantidad: 1


3.7 AGITADOR MECANICO

Descripcin: Es un dispositivo que se

utiliza para agitar la muestra de arena

depositada dentro del cilindro

graduado.

Cantidad: 1


Figura 7. Capsula

FUENTE: Los Autores

Figura 8. Embudo FUENTE: Los Autores

Figura 9. Agitador mecnico

FUENTE: Los Autores


15

4. PROCEDIMIENTO

4.1 PREPARACION DE LA MUESTRA

Se tom una muestra de arena y se pas por el tamiz No. 4 (4.75 mm), se

tomaron aproximadamente 500 gramos necesarios para el ensayo.

Figura 10. Tamizado FUENTE: Los Autores

Con una esptula se agreg material dentro de una cpsula poco a poco, a

medida que se agregaba el material se golpeaba la cpsula contra el mesn con el

fin de generar una vibracin para acomodar las partculas de arena y eliminar

vacos.

Figura 11. Llenado de la capsula

FUENTE: Los Autores


16

Luego de agregar el material suficiente hasta llegar la cpsula y de vibrarlo, se

enraza la cpsula con ayuda de la esptula y la muestra esta lista.

Figura 12. Enrazado de la capsula

FUENTE: Los Autores

4.2 DESARROLLO DEL ENSAYO

Se llen la probeta estndar con la solucin hasta 10 pulgadas. Se deposit el

agregado por medio del embudo en la probeta estndar. Se golpe suavemente el

cilindro graduado por debajo y se dej en reposo durante 10 minutos.

Transcurridos los 10 minutos se coloc el tapn en la boca del cilindro graduado

con el fin de evitar la prdida de material, luego se ubic el cilindro en el agitador

mecnico par agitarlo durante 90 ciclos en 30 segundos.

Figura 13. Agitacin de la muestra

FUENTE: Los Autores


17

Posteriormente se introdujo el tubo irrigador hasta el fondo del cilindro graduado

con el fin de sacar los finos que se encuentran en el fondo, luego se lavo las

paredes de la probeta con la solucin, hasta llegar a las 15 pulgadas del cilindro

graduado.

Se dejo reposar la probeta durante 20 minutos en el proceso de decantacin.

Transcurridos los 20 minutos se ley el nivel superior de la probeta, y se tom

como lectura de arcilla. Luego se introdujo cuidadosamente la barra estndar en

la probeta de tal manera que no hiciera contacto con las paredes hasta que se

asent sobre el sedimento por su propio peso.

Figura 14. Proceso de decantacin

FUENTE: Los Autores

Se registr los datos de las lecturas obtenidas por medio del dispositivo de lectura,

indicado por el borde superior del disco, para registrar la lectura de arena restando

10, este procedimiento se repiti con dos probetas ms.


18

5. DATOS OBTENIDOS

Los datos pesos obtenidos en el ensayo se muestran en la siguiente tabla de

acuerdo a la probeta y las lecturas iniciales de arcilla y de arena.

Tabla 1 Datos obtenidos en el ensayo

Probeta Lectura arena Lectura arcilla

1 2.6 11.7 2 3.2 12.8 3 3.0 12.8 4 2.8 12.9

Fuente: Los Autores


19

6. CALCULOS

(

)

6.1 PROBETA 1

(

)

6.2 PROBETA 2

(

)

6.3 PROBETA 3

(

)

6.4 PROBETA 4

(

)

6.5 EQUIVALENTE DE ARENA PROMEDIO


20

Tabla 2 Resultados del ensayo

Probeta Equivalente de arena (%) Aproximacin (%)

1 22.2 23 2 25.0 25 3 23.4 24 4 21.7 22

PROMEDIO 24 Fuente: Los Autores


21

7. ANALISIS DE RESULTADOS

El equivalente de arena del material obtenido es del 24%, un valor por debajo del

50% respectivamente muy bajo, lo que indica que la arena se encuentra sucia y

que contiene una cantidad considerable de material arcilloso o contaminante.

De acuerdo con la tabla 300.1 de las especificaciones de construccin INVIAS

(Artculo 300-07) se puede decir que el material es apto para Afirmado NT1 Y NT2,

ya que no hay requerimiento en cuanto a este ensayo para este tipo de capas

granulares.

Se puede observar en la tabla 400.1 de las especificaciones de construccin del

INVIAS (Artculo 400-07) en la cual se presentan los requisitos de los agregados

ptreos para tratamientos, lechadas y mezclas bituminosas que este material no

es apto para ninguno de los posibles tratamientos o mezclas ya que el equivalente

de arena mnimo requerido es del 50%.


22

8. CONCLUSIONES

Un equivalente de arena bajo indica que esta se encuentra sucia, lo cual generar

problemas posteriormente si no se le realiza un lavado debido a que el material

arcillosos o contaminante que esta contiene se diluir una vez se encuentre en la

obra de ingeniera.

Un porcentaje mayor indica una arena ms limpia lo que la har apta para su uso

en procedimientos ms rigurosos como tratamientos, mezclas, lechadas y

bituminosas.

El equivalente de arena es una prueba determinante para saber si se puede usar

un material en un pavimento, es una prueba sencilla y que no representa mayor

problema en cuanto a equipo, ya que inclusive se puede realizar en campo puesto

que no requiere de mquina o accesorios muy complicados.


23

9. BIBLIOGRAFA

INSTITUTO NACIONAL DE VAS. Equivalente de arena de suelos y agregados.

INV.E-133-07.

RAMREZ, Oscar. Geotecnia Bsica. Universidad Pedaggica y Tecnolgica de

Colombia. 2010. Editorial Imprenta y Publicaciones. 2da ed.

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIMENTOS-LPS. Universidad Pedaggica y

Tecnolgica de Colombia. Facultad de Ingeniera. Escuela de Transporte y Vas.

Curso de Materiales para Ingeniera. Tunja I Semestre de 2013.

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