EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS

TABLA DE CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................6

1.1 OBJETIVO GENERAL....................................................................................................7

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS..........................................................................................7

2. MARCO DE REFERENCIA.......................................................................................................8

3. EQUIPOS.....................................................................................................................................9

4. MUESTRA..................................................................................................................................10

5. PROCEDIMIENTO....................................................................................................................11

6. DATOS OBTENIDOS...............................................................................................................14

7. CÁLCULOS................................................................................................................................15

8. ANALISIS DE RESULTADOS.................................................................................................17

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS........................................................................................18

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................19

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LISTA DE IMÁGENES

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Imagen 1. Cilindro graduado de plástico. 9

Imagen 2. Cilindro graduado y muestra 11

Imagen 3. Incorporación de muestra en cloruro de calcio 11

Imagen 4. Agitación de la muestra 11

Imagen 5. Vista después de la agitación 12

Imagen 6. Adición de cloruro de calcio hasta 15” 12

Imagen 7. Lectura de arcilla 12

Imagen 8. Lectura de arena 13

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Datos ensayo equivalente de arena de suelos y agregados finos. 14

Tabla 2. Resultados ensayo equivalente de arena. 16

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INTRODUCCIÓN

Para cualquier construcción de una obra de ingeniería se requieren materiales que cumplan al máximo con las especificaciones y normas existentes para la construcción. Para garantizar que esto suceda es necesario realizar pruebas de laboratorio o ensayos en los cuales se puedan observar las características y comportamientos de los materiales y predecir su comportamiento en campo, es decir que mediante estos ensayos se puede conservar o desechar un material para la ejecución de las obras.

Dentro de la construcción uno de los problemas más frecuentes es encontrar suelos con presencia de arcilla, pues no son aptos para proyectos por sus propiedades físicas. A continuación se presenta como es la manera de determinar el equivalente de arena en suelos y agregados finos en el laboratorio de manera muy rápida pero eficaz con ayuda de algunos químicos que hacen que se pueda determinar la cantidad tanto de arena como de arcilla en un periodo de tiempo corto; para poder realizar observaciones acerca de si son o no suelos aptos para obras.

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar y analizar la cantidad de material contaminante o arcilloso en los suelos y materiales finos como las arenas de tal forma que con sus datos podamos deducir la calidad y condiciones del agregado.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Establecer las condiciones de los materiales de tal forma que se le brinde seguridad a la obra en la cual son utilizados.

Brindar un método rápido de análisis de la cantidad de material arcilloso que se encuentra en las muestras tomadas en campo, a través de de un ensayo practico que determine su conveniencia en la implementación de un trabajo que exija grande condiciones.

Determinar si el equivalente de arena que se va ha hallar se encuentra dentro del rango de valores dados en las especificaciones del INVIAS, en lo referente a la construcción de obras viales.

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2. MARCO DE REFERENCIA

Especificado en la norma INV E-133-07 del INVIAS, Este ensayo tiene por objeto determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos o agregados finos. Es un procedimiento que se puede utilizar para lograr una correlación rápida en campo. Este ensayo produce como resultado un valor empírico de la cantidad relativa, finura y carácter del material arcilloso presente en la muestra de suelo o agregado fino, se puede especificar un valor mínimo del equivalente de arena, para limitar la cantidad admisible de finos arcillosos en un agregado y además permite determinar rápidamente, en el campo, variaciones de calidad de los agregados durante la producción o la colocación.

Este ensayo consiste en que a un volumen determinado de suelo o agregado fino se le adiciona una pequeña cantidad de solución floculante, mezclándolos en un cilindro de plástico graduado y agitándolos para que las partículas de arena pierdan la cobertura arcillosa. La muestra es entonces "irrigada", usando una cantidad adicional de solución floculante, para forzar el material arcilloso a quedar en suspensión encima de la arena.

Después de un período de sedimentación, se determinan las alturas de la arcilla floculada y de la arena en el cilindro. El "equivalente de arena" es la relación entre la altura de arena y la altura de arcilla, expresada en porcentaje.

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3. EQUIPOS

Para el ensayo de determinación de equivalente de arena de usaron los siguientes equipos:

Cilindro graduado de plástico: Con diámetro interior de 31.75 ± 0.381 mm (1¼ ± 0.015") y altura de 430.0 mm (17") aproximadamente, graduado en espacios de 2.54 mm (0.1"), desde el fondo hasta una altura de 381 mm (15").

Imagen 1. Cilindro graduado de plástico.

Fuente: Los autores

Tapón macizo: De caucho que ajuste en el cilindro.

Tubo flexible: (de plástico o caucho) De 4.7 mm (3/16") de diámetro y de 1.20 m de largo, aproximadamente, con una pinza que permita cortar el paso del líquido a través del mismo. Este tubo conecta el sifón con el tubo irrigador.

Un botellón: De 3.785 litros (1 galón) de capacidad, destinado a contener la Solución de cloruro de calcio; el tapón de este frasco lleva dos orificios, uno para el tubo del sifón y el otro para entrada de aire. El frasco se debe colocar a 915 ± 25 mm (36 ± 1”) de altura sobre la mesa de trabajo.

Dispositivo para tomar lecturas: Un conjunto formado por un disco de asentamiento, una barra metálica y una sobrecarga cilíndrica. Este dispositivo está destinado a la toma de lecturas del nivel de arena y tendrá un peso total de 1 kg.

Reloj o cronómetro: Para lecturas de minutos y segundos.

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Un agitador: que puede ser de operación manual, que sea capaz de producir un movimiento oscilatorio de 90 ciclos completos en 30 ± 5 seg., con ayuda manual.

4. MUESTRA

El material recibido en el laboratorio para este ensayo consistía en un agregado fino como lo es la arena. Se tomo una muestra se cuartea y se toma en un recipiente metálico de aproximadamente unos 50 gr, y es incorporado al cilindro graduado procedido al respectivo ensayo.

la arena son pequeñas partículas disgregadas en este caso contaminadas con arcilla la cual se denotara en la realización del respetivo ensayo.

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5. PROCEDIMIENTO

Para la realización de este ensayo se siguieron los siguientes pasos:

Se procede a alistar el cilindro graduado y la muestra.

Imagen 2. Cilindro graduado y muestra

Fuente: los autores.

Se vierte un baja cantidad de 4 pulgadas de cloruro de calcio en el cilindro y se procede con ayuda del embudo a incorporar la arena.

Imagen 3. Incorporación de muestra en cloruro de calcio

Fuente: los autores.

Se toma el tiempo de diez minutos de espera con el reloj o cronometró.

Pasado los diez minutos (periodo de humedecimiento), se procede a tapar el cilindro con el tapón de caucho. se toma el cilindro en forma horizontal y es agitado continuamente durante 30 segundos rápidamente con el fin de obtener 90 ciclos en este tiempo.

Imagen 4. Agitación de la muestra

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Fuente: los autores.

Terminados los 30 segundos se para el cilindro sobre la mesa y se retira el tapón.

Imagen 5. Vista después de la agitación

Fuente: los autores.

Procedimiento de irrigación.

Con el tubo flexible se le suministra cloruro desde el botellón a la muestra hasta llenarlo a una medida de 15 “(pulgadas).

Imagen 6. Adición de cloruro de calcio hasta 15”

Fuente: los autores.

Se retira el tubo flexible del cilindro y se dejan pasar veinte (20) minutos en reposo.

Al finalizar este tiempo se le da lectura a la parte superior que es considerada como lectura de arcilla de la muestra.

Imagen 7. Lectura de arcilla

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Fuente: los autores

En seguida con se introduce en el cilindro el dispositivo para tomar lecturas ejerciendo presión sobre la arena facilitando su leída.

Imagen 8. Lectura de arena

Fuente: los autores

Terminados de obtener los respectivos datos se procede a desocupar el cilindro y realizar el respectivo aseo.

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6. DATOS OBTENIDOS

En la siguiente tabla se presentan los datos obtenidos durante el ensayo de equivalente de arena. Los cuatro resultados obtenidos se deben a la prueba que se hizo en cada cilindro plástico para obtener varios resultados y así poder realizar comparaciones y por consiguiente un análisis.

Tabla 1. Datos ensayo equivalente de arena de suelos y agregados finos.

# de cilindro 1 2 3 4

Lectura de arena (pulg)

3´´ 3´´ 3´´ 3´´

Lectura de arcilla(pulg)

7´´ 8´´ 5´´ 7´´

Fuente: los autores

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7. CÁLCULOS

Para realizar el cálculo e equivalente de arena se usa la siguiente ecuación, indicada por la norma del INVIAS en cuanto a ensayos de equivalente de arena de suelos y agregados finos:

Equivalente de arena (EA) =Lectura de arenaLecturade arcilla

∗100

A continuación se reemplazará en esta ecuación cada una de las lecturas tomadas de cada uno de los cuatro tubos o cilindros tanto de arena y arcilla para encontrar el equivalente de arena con una aproximación del 0.1%.

a. Cilindro número 1.

Equivalente de arena (EA)1 =3 } over {7∗100 = 42.857

b. Cilindro número 2.

Equivalente de arena (EA)2 =3 } over {8∗100 = 37.5

c. Cilindro número 3.

Equivalente de arena (EA)3 =3 } over {5∗100 = 60

d. Cilindro número 4.

Equivalente de arena (EA)4 =3 } over {7∗100 = 42.857

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Como tres de los resultados de equivalente de arena dieron decimales se debe redondear esta cifra al número entero superior; es decir que los valores quedaran de la siguiente manera:

EA 1 = 43EA 2 = 38EA 3 = 60EA 4 = 43

Ahora se debe obtener el promedio de equivalente de arena de los cuatro resultados obtenidos, pero se debe tener en cuenta que el promedio se realiza con los valores enteros que fueron redondeados anteriormente.

Promedio:

43+38+60+434

=1844

=46

El valor de equivalente de arena para este ensayo es de 46.

En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos de los cálculos.

Tabla 2. Resultados ensayo equivalente de arena.# de Cilindro 1 2 3 4

Equivalente de arena(decimal)

42.86 37.5 60 42.86

Equivalente de arena (redondeado)

43 38 60

Promedio 46

Fuente: los autores.

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8. ANALISIS DE RESULTADOS

En base a los resultados obtenidos mediante los cálculos se determino que el valor promedio de equivalente de arena de suelos y agregados en el ensayo con las cuatro muestras fue de 46, se puede decir que es un valor aceptable. Tomando como referencia la especificación del INVIAS, en el artículo 300, en el cual se encuentran los requisitos mínimos para la construcción de una subbase y base granular podemos determinar que el resultado de equivalente de arena obtenido es apto para aplicaciones en construcción de estas. En la especificación tienen como requisito que para la construcción de la subbase granular el valor de equivalente de arena debe ser mayor a 25 y para la base granular debe ser mayor a 30. Por consiguiente el material al que se le hizo el ensayo cumple con las especificaciones mínimas para la construcción de obras viales. Sin embargo cuando se hallaron los valores de equivalente de arena de las cuatro muestras y comparándolas se puede observar que hay un rango de variación de alto sobre todo la realizada en la probeta número tres con un valor de 22 con respecto a la muestra tomada en la probeta número dos.

Los valores dados en las especificaciones sugieren que entre mayor sea el valor de equivalente de arena menor cantidad de finos posee el material y por de otra parte entre menor sea el valor de equivalente de arena mayor será el contenido de finos, por consiguiente los que posean el mayor valor de EA serán materiales que tendrán una mayor aplicación en obras civiles; pues proveen una mayor resistencia y no permiten la filtración de agua que en algunos casos es la causante del deterioro de las obras.

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CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

En el cálculo de los valores de equivalente de arena en cada una de las cuatro muestras se obtuvieron valores con rangos de diferencia altos, esto se pudo deber a que las personas que realizaron el ensayo eran diferentes y en el paso en el cual se debía agitar la muestra de manera rápida, las cuatro personas pudieron haber variado el numero de oscilaciones dadas a las probetas durante los treinta segundos, y como se sabe este paso es uno de los que presenta mayor importancia en este ensayo.

El material al que se le realizo el ensayo es apto para utilizarlo en obras, pero en una que no exija una excelente resistencia porque aunque es apto para construcciones de alto rendimiento se necesita que el valor de equivalente de arena sea mínimo de 50 y en este caso se obtuvo un valor de 46, por lo tanto se debe identificar el tipo de obra para la cual pueda ser usado correctamente.

Entre mayor sea el valor de equivalente de arena el contenido de finos de la muestra es menor y viceversa, por lo tanto es más recomendable usar material con la menor cantidad de finos posible, es decir que tenga el mayor valor de equivalente de arena.

El ensayo de equivalente de arena en suelos y agregados finos tiene una gran importancia pues nos sirve para determinar la cantidad de finos en la muestra y así poder analizar que tan resistente puede llegar a ser este material al ser usado en una obra civil generalmente en una obra vial y el nivel de permeabilidad al que estaría sometida.

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BIBLIOGRAFÍA

INVIAS, Especificaciones generales para la construcción de carreteras, normas INV E-133-07. Bogotá 2007

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