Universidad Católica del Norte

Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Construcción

Departamento de Ingeniería Civil

Antofagasta – Chile

LABORATORIO #1 GRANULOMETRIA Y DENSIDAD DE LOS ARIDOS

Curso : Materiales de la Ingeniería Alumnas : Profesor Asignatura : Profesor Laboratorio : Ayudantes : Fecha : 10-09-2014

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN Página 2

2. MARCO TEÓRICO Página 3

2.1. Conceptos para el procedimiento realizado Página 3

3. IMPLEMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS Página 5

4. PROCEDIMIENTO Página 5

4.1. Granulometría Página 5

4.2. Densidad aparente suelta y compactada Página 6

4.3. Densidad real y neta Página 6

5. MEDICIONES y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Página 7

5.1. Tamizado y determinación de la granulometría para áridos, para morteros y hormigones

Página 7

5.2. Determinación de la densidad aparente suelta y compactada

Página 8

5.3. Determinación de las densidades real y neta Página 10

6. IMÁGENES Página 11

7. CONCLUSIÓN Página 12

8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Página 13

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1. INTRODUCCIÓN

En el presente informe se mostrara el tamizado, la granulometría para áridos y la determinación de las distintas densidades solicitadas anteriormente.

La granulometría determina la distribución que posee el árido, la norma NCh 165 Of.77 establece el tamizado y la determinación de la granulometría de los áridos. A través del tamizado logramos separar los áridos en dos grupos que eran los áridos gruesos (grava) y los áridos finos (arena).

En este laboratorio se determinaron diferentes densidades, en donde todas eran de distintas procedencias. Con las densidades ya calculadas se llegó a conocer sus volúmenes y la compacidad de los áridos.

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2. MARCO TEÓRICO

2.1. Conceptos para el procedimiento realizado

Análisis granulométrico: Gradación y medición de los granos presentes en una muestra de suelo con el fin de determinar las propiedades mecánicas de este y sus orígenes a través del tamizado.

El análisis granulométrico puede ser de dos maneras:

Análisis por tamizado: Técnica para clasificar por medio de tamices específicos, partículas de una muestra de suelos, cuyos tamaños sean superiores a 0,075 mm

Análisis hidrométrico: Un análisis que puede usarse para extender la curva granulométrica para tamaños menores a la malla N° 200 (0,075mm), si así se desea (pero a menudo no es necesario)

Numeración y abertura de tamices según A.S.T.M y norma NCh 165 Of.77

TAMIZ TIPO DE SUELO

A.S.T.M NCh 165 Of.77 (mm) ABERTURA REAL (mm)

3'' 80 75 GRAVAS GRUESAS

2 ½'' 63 63

2'' 50 50

1 ½'' 40 37.5

1'' 25 25

3/4'' 20 19

3/8'' 10 9.5 GRAVAS FINAS

N°4 5 4.75

N°10 2 2 ARENAS GRUESAS

N°40 0,5 0.425 ARENAS MEDIAS

N°100 0,08 0.075 ARENAS FINAS

A.S.T.M: Organización científica y técnica para el establecimiento y la difusión de normas relativas a las características y prestaciones de materiales, productos, sistemas y servicios.

NCh (obligatorias, oficiales y vigentes): Normas chilenas que se basan en el principio de incremento de competitividad de las empresas del sector de la construcción quienes se deben regir a utilizar la ordenanza general del urbanismo y construcción.

Determinación de la densidad aparente (NCh1116OF.77): Norma aplicable para áridos con una densidad real entre los 2000 y 3000 [Kg/m3]. La densidad aparente relacionada con la densidad real permite conocer el grado de compacidad o huecos que posee el árido.

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Densidad aparente (ρa): Densidad que se considera el volumen macizo de las partículas de un árido, más el volumen de los poros y de los huecos. Este volumen corresponde a la capacidad de medida que lo contiene.

Densidad aparente compactada (ρac): Densidad aparente del árido compactado en la medida según el procedimiento indica.

Densidad aparente suelta (ρas): Densidad del árido vaciado en la medida según lo indica el procedimiento.

Densidad aparente compactada (ρac) por apisonado:

ρ𝑎𝑐 =𝑀𝑎𝑐

𝑉[

𝑘𝑔

𝑚3] ⇒ Ec. N°1

Siendo: Mac = masa del árido compactado por apisonado. V = capacidad volumétrica de la medida.

Densidad aparente suelta (ρas):

ρ𝑎𝑠 =𝑀𝑠

𝑉[

𝑘𝑔

𝑚3] ⇒ Ec. N°2

Siendo: Ms = masa del árido suelto. V = capacidad volumétrica medida.

Densidades real y neta y la absorción de agua para el material de suelos sobre malla N°4: según la NCh1117of.2010 establece que la norma es aplicable para áridos con densidad real entre 2000 y 3000 [Kg/m3]. Se encuentra elaborada para áridos de morteros y hormigones y en donde la densidad real y neta de los áridos permite conocer los volúmenes compactados del árido con el fin de dosificar morteros u hormigones.

Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRsss):

𝜌𝑅𝑠𝑠𝑠 = 𝑀𝑠𝑠

𝑀𝑠𝑠−𝑀𝑠𝑢 ⇒ Ec. N°3

Densidad real del árido seco (ρRS):

ρRS =𝑀𝑠

𝑀𝑠𝑠−𝑀𝑠𝑢 ⇒ Ec. N°4

Densidad neta (ρN): aproximado a 1 [Kg/m3]

𝜌𝑁 =𝑀𝑠

𝑀𝑠−𝑀𝑠𝑢 ⇒ Ec. N°5

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Absorción de agua (α): aproximado a 0,1%

α =𝑀𝑠𝑠−𝑀𝑠

𝑀𝑠𝑥100 ⇒ Ec. N°6

3. IMPLEMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS

Balanza: Deberá tener una resolución de 1gr. Y capacidad mayor a la suma de las masas del canastillo portamuestra y la muestra para el ensayo.

Horno: Con temperatura que se pueda regular para las condiciones del ensayo y además circulación de aire.

Canastillo portamuestra: cesto de alambre con malla de abertura menor o igual que 3 mm. y de capacidad mayor a 4 lt. El canastillo debe ser resistente a la corrosión, disponer de un dispositivo que permita suspenderlo del platillo de la balanza y estar construido de manera de evitar que quede atrapado aire cuando se sumerja.

Recipiente: Debe ser impermeable, con forma y capacidad que permita contener toralmente el canastillo portamuestra de acuerdo con el procedimiento especificado en la norma NCh 1117 Of. 2010.

Tamices: Con abertura desde 3'' hasta 4,75 mm.

Termómetro: Con graduación de 0,1°C.

4. PROCEDIMIENTO

4.1. Granulometría

Se debe homogenizar la muestra completa que está constituida por las gravas y gravillas, luego realizar un corteo para reducir el tamaño de la muestra y poder adquirir la cantidad necesaria que nos indica la guía.

Debemos calcular la masa de la muestra “húmeda” y luego llevarla al horno durante 24 horas aproximadamente a una temperatura de 110°C para poder adquirir la masa de la muestra seca y poder calcular su porcentaje de humedad.

Luego pasamos la muestra por cada uno de los tamices correspondientes a las gravas y calculamos el peso retenido en cada tamiz para poder calcular un porcentaje de cada tamiz con respecto a la masa total de la muestra seca y así poder llenar la tabla de granulometría.

Con la arena se debe realizar el mismo proceso de tamizado explicado anteriormente.

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4.2. Densidad aparentemente suelta y compactada

Primero que todo se debe calibrar el equipo, es decir, calcular el volumen del molde que se utilizara para poder calcular la densidad aparente y eso se hace a través de dos datos, la densidad que la adquirimos a través de la temperatura del agua y la masa del agua que se obtiene al llenar el molde con agua hasta su punto máximo, luego a través de la formula D=M/V calculamos el volumen del molde.

Posteriormente tomamos la grava y la introducimos en el molde de la manera más cuidadosa posible para que las partículas no se acomoden y no aumente su densidad en el caso de calcular la densidad aparentemente suelta. Tomamos el valor de la masa de la grava y con el volumen del molde calculado anteriormente calculamos la densidad aparente de la grava (se debe realizar el procedimiento dos veces para poder calcular dos densidad aparente suelta y poder adquirir un promedio de las dos).

Luego para poder calcular la densidad aparentemente compactada de la grava debemos llenar el molde en tres capas de igual espesor y a medida que se coloca cada capa de deben realizar 25 golpes de pisón repartidos uniformemente (15 en las orillas y 10 al medio) y calculamos la masa de la grava y con el volumen del molde obtenemos la densidad aparentemente compactada grava (se debe realizar el procedimiento dos veces para poder calcular dos densidad aparente compactada y poder adquirir un promedio de las dos).

Con la arena de debe desarrollar el mismo procedimiento anteriormente, la única diferencia es el tamaño del molde debido a que la muestra de la grava es mucho mayor a la de la arena.

4.3. Densidad real y neta

Primero que todo se debe adquirir los valores de la muestra en 3 condiciones, la primera es pesándola al aire, la segunda es en estado seco que se logra mandándola al horno durante 24 horas aproximadamente a una temperatura de 110°C y la tercera es en estado superficialmente seco

Luego se determina la capacidad volumétrica para cada uno de las 3 condiciones mencionadas anteriormente

Obtenidos los valores de masa y volumen en las 3 condiciones se procede a calcular la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua.

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5. MEDICIONES Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

5.1. Tamizado y determinación de la granulometría para áridos, para morteros y hormigones

Información de la arena:

Masa del recipiente: 0,1018 kg

Masa del recipiente nº2: 0,1018 kg

Masa de la arena húmeda + recipiente: 0,643 kg

Masa de la arena seca + recipiente: 0,611 kg

Masa de la arena húmeda: 0,5412 kg Masa de la arena seca: 0,5092 kg

Porcentaje de humedad: 6,284 % 100% de la muestra: 0,5092 kg

Tamices:

Tamiz Masa retenida Porcentaje retenido

# 8 0,013 2,55 %

# 16 0,086 16,34 %

# 30 0,157 30,78 %

# 50 0,090 17,65 %

# 100 0,089 17,46 %

Residuos 0,075 14,72 %

Total 0,51 99,5 %

Información de la grava:

Masa del recipiente: 2,033 kg

Masa del recipiente nº2: 2,030 kg

Masa de la grava húmeda + recipiente: 21,33 kg

Masa de la grava seca + recipiente: 21,664 kg

Masa de la grava húmeda: 19,900 kg

Masa de la grava seca: 19,634 kg

Porcentaje de humedad: 1,3547 % 100% de la muestra: 19,634 kg

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Tamices:

Tamiz Masa retenida Porcentaje retenido

2 ½ 0 kg 0 %

2 0 kg 0 %

1 ½ 0 kg 0 %

1 0,972 kg 4,95 %

¾ 3,033 kg 15,45 %

½ 7,624 kg 38,83 %

3/8 3,144 kg 16,01 %

¼ 2,941 kg 14,93 %

# 4 1,042 kg 5,31 %

Residuos 0,873 kg 4,45 %

Total 19,629 kg 99,93 %

5.2. Determinación de la densidad aparente suelta y compactada

Información general de la arena:

Masa del molde: 4,187 kg Temperatura del agua: 19,5° C

Masa del molde + agua + vidrio: 7,864 kg Masa del vidrio: 0,711 kg

Masa del molde + vidrio: 4,898 kg Masa del agua: 2966 gr

Volumen del molde: 2,976 m3

Densidad: 0,9964 gr/m3

Primer ensayo “densidad aparente suelta”

Primera muestra Segunda muestra Promedio

Masa arena + recipiente

9,051 kg 9,173 kg 9,112 kg

Masa de la arena 4,864 kg 4,986 kg 4,925 kg

Densidad aparente suelta

1,634 kg/m3 1,675 kg/m3 1,6545 kg/m3

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Segundo ensayo “densidad aparente compactada”

Primera muestra Segunda muestra Promedio

Masa arena + recipiente

9,610 kg 9,669 kg 9,6395 kg

Masa de la arena 5,423 kg 5,482 kg 5,4525 kg

Densidad aparente compactada

1,822 kg/m3 1,842 kg/m3 1,832 kg/m3

Información general de la grava:

Masa del molde: 7,448 kg Temperatura del agua: 19,5° C

Masa del molde + agua + vidrio: 18,752 kg Masa del vidrio: 1,214 kg

Masa del molde + vidrio: 8,662 kg Masa del agua: 10,09 gr

Volumen del molde: 10,126 m3 Densidad: 0,9964 gr/m3

Primer ensayo “densidad aparente suelta”

Primera muestra Segunda muestra Promedio

Masa grava + recipiente

22,550 kg 22,133 kg 22,3415 kg

Masa de la grava 15,102 kg 14,685 kg 14,8935 kg

Densidad aparente suelta

1,4914 kg/m3 1,4502 kg/m3 1,4708 kg/m3

Segundo ensayo “densidad aparente compactada”

Primera muestra Segunda muestra Promedio

Masa grava + recipiente

23,820 kg 23,728 kg 23,774 kg

Masa de la grava 16,372 kg 16,28 kg 16,326 kg

Densidad aparente compactada

1,6168 kg/m3 1,6077 kg/m3 1,61225 kg/m3

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5.3. Determinación de las densidades real y neta

Información de la grava:

Masa del recipiente: 2,267 kg

Densidad del agua por T° : 0,998 gr/ ml

Masa sumergida de la grava: 3,0963 kg Densidad real saturado superficialmente seco: 2,6 kg/m3

Masa de la grava saturada superficialmente seca: 5,031 kg

Densidad real del árido seco:

2,57 kg/m3

Masa de la grava seca: 4,977 kg

Densidad neta: 2,64 kg/m3

Temperatura del pozo: 17,5 º C

Absorción del agua: 1,084 %

Información de la arena:

Masa del recipiente: 423 gr

Masa del matraz + agua + muestra:

866,4 gr

Masa de la arena saturada superficialmente seca: 347,1 gr

Densidad real saturada superficialmente seca: 2696,9 kg/m3

Masa sumergida de la arena: 218,4 gr

Densidad real del árido seco: 2673,6 kg/m3

Masa de la arena seca: 344,1 gr

Densidad neta: 2737,4 kg/m3

Masa del matraz + agua: 648 gr

Absorción del agua: 0,87 %

Temperatura en ensayo: 22° C

Matraz: 149,4 gr

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6. IMÁGENES

Figura N°4: recipientes con muestras

en saturación

Figura N°1: Molde con arena

compactada.

Figura N°2: Molde para la grava.

Figura N°3: Proceso de enrazar

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7. CONCLUSIÓN

Los áridos son una de las principales materias primas para las obras de ingeniería civil y es

fundamental conocer sus propiedades y características.

En la primera parte de esta experiencia se analizaron los áridos a través de su clasificación

granulométrica al ser tamizadas por separado las arenas y gravas con sus respectivos tamices. Al

analizar estas dos clasificaciones podemos concluir que las muestras presentan una composición

relativamente homogénea por lo que es aceptable su uso para una mezcla de hormigón.

En la segunda parte se trabajó con las masas y volúmenes de gravas y arenas para determinar

densidades aparentes, reales y netas. En el caso de las arenas se tiene que su densidad aparente

suelta es 1,6545 kg/m3 y la compactada de 1,832 kg/m3 por lo que se prueba que hay una

reducción de vacíos producto del apisonado dentro de un molde fijo. Lo mismo ocurre para las

gravas con una densidad aparente suelta de 1,4708 kg/m3 y compactada de 1,61225 kg/m3 .

Para la parte de densidades reales y netas se sumergen y saturan las muestras para poder alcanzar

todos los poros, lo que no se logra con el apisonado. Se obtienen las densidades reales

superficialmente seca, real del árido seco, neta y absorción de agua, datos fundamentales para la

dosificación del hormigón, que dan dentro de los valores establecidos por la norma (entre 2000 y

3000 kg/m3). Estos valores servirán en una futura experiencia para el diseño de una mezcla de

hormigón.

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8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/TamizT3.htm

[2] http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/drnetaT3.htm