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DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS PROVENIENTES DE LAS CANTERAS

CONSTRITURAR Y EL REMANSO

DEISSY CUERVO SÁNCHEZ

JORGE CALDERÓN SÁNCHEZ

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA DE PAVIMENTOS

BOGOTÁ, D.C - 2016

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DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS PROVENIENTES DE LAS CANTERAS

CONSTRITURAR Y EL REMANSO

Presentado por:

DEISSY CUERVO SÁNCHEZ

JORGE CALDERÓN SÁNCHEZ

Proyecto de Grado presentado como requisito para optar al título de Especialista en

Ingeniería de Pavimentos, bajo la dirección de:

PhD, MSc. Juan Carlos Ruge Cárdenas

Director de Proyecto de Grado

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERIA DE PAVIMENTOS

BOGOTÁ, D.C. - 2016

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AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA

A Dios por habernos bendecido y guiado a lo largo de esta especialización, por

brindarnos la fortaleza, el empeño y la constancia para poder lograr todas las metas propuestas

para este proyecto.

A nuestros padres y familiares por todo su apoyo, paciencia y comprensión en este

camino, fueron los pilares fundamentales para superar cada obstáculo, gracias por creer en

nosotros y darnos la oportunidad de culminar otra etapa académica de nuestras vidas.

Al docente Juan Carlos Ruge por habernos guiado y ayudado en este proceso

investigativo para poder finalizarlo exitosamente.

A todas aquellas personas que nos brindaron su ayuda, no solo en el transcurso de esta

investigación, sino a lo largo de toda nuestra carrera.

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GLOSARIO

DEGRADACIÓN: conjunto de reacciones químicas que se suceden en una serie de

etapas progresivas a través de las cuales un compuesto orgánico se transforma en otros más

sencillos.

MATERIALES PÉTREOS: los materiales pétreos son aquellos que provienen de la

roca, de una piedra o de un peñasco; habitualmente se encuentran en forma de bloques, losetas o

fragmentos de distintos tamaños.

COMPACTACIÓN: es el conjunto de procesos mecánicos y químicos (presión-

disolución) que, como consecuencia del enterramiento, provocan la disminución del espesor del

primitivo sedimento y la reducción de la porosidad. Se diferencia entre compactación mecánica

y compactación química.

PETROLOGÍA: es la disciplina encargada de analizar las piedras. Se trata de una

división de geología, la ciencia que se dedica a estudiar la materia que compone nuestro planeta.

CANTERA: lugar de donde se obtienen piedras u otros materiales similares, son

explotaciones de la minería que se llevan a cabo a cielo abierto.

GRANULOMETRIA: la granulometría es la medición de los granos de una formación

sedimentaria y el cálculo de cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica

con fines de análisis tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas.

AGREGADOS: el agregado es el material granular, generalmente inerte, resultante de la

desintegración natural, desgaste o trituración de rocas.

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….…..15

1 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO ........................................... 11

1.1 LINEA DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 11

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................ 11

1.2.1 Antecedentes del problema a resolver ................................................................................ 11

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................ 12

1.4 OBJETIVOS ....................................................................................................... 12

1.4.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 12

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................... 12

2 MARCOS DE REFERENCIA .............................................................................. 13

2.1 MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 13

2.1.1 Geología de la Sabana de Bogotá ....................................................................................... 13

2.2 MARCO CONCEPTUAL ................................................................................... 14

2.2.1 Bases de Pavimentos .......................................................................................................... 15

2.2.2 Sub Base de Pavimentos ..................................................................................................... 16

2.3 MARCO LEGAL ................................................................................................ 18

2.3.1 Normas del ensayo ............................................................................................................. 18

3 METODOLOGÍA .................................................................................................. 21

3.1 SELECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIALES21

3.1.1 Fuente de Material N.1 (Remanso) ..................................................................................... 21

3.1.2 Fuente de Material N.3 (Constriturar) ................................................................................ 22

4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................................................... 23

4.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS AGREGADOS GRUESO Y FINO INV E -

123 – 13 ........................................................................................................................... 23

4.2 RESISTENCIA A LA DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS

MENORES DE 37.5 MM (1 ½”) POR MEDIO DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES26

4.3 DETERMINACIÓN DEL VALOR DEL 10% DE FINOS INV E – 224-13 ....... 27

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4.4 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL AGREGADO GRUESO A LA

DEGRADACIÓN POR ABRASIÓN, UTILIZANDO EL APARATO MICRO-DEVAL29

4.5 DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS INVE – 243 -13 ................................................. 30

4.6 COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS NORMAS INVIAS VS NORMAS IDU

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5 CONCLUSIONES ................................................................................................. 33

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Marco de Referencia .......................................................................................... 13

Figura 2. Localización de la Sabana de Bogotá ................................................................ 14

Figura 3. Fuerzas actuantes en el pavimento provocadas por el tráfico............................ 15

Figura 4. Marco de Referencia .......................................................................................... 19

Figura 5. Metodología de investigación ............................................................................ 21

Figura 6. Ubicación fuente de material N.1 ..................................................................... 22

Figura 6. Ubicación fuente de material N.2 ..................................................................... 22

Figura 8. Franja Granulométrica ....................................................................................... 25

Figura 9. Porcentaje Comparativo de Desgaste ................................................................ 27

Figura 10. Valor de 10% de Finos .................................................................................... 28

Figura 11. Resultados Índice de Degradación Constriturar .............................................. 30

Figura 12. Resultados Índice de Degradación Remanso ................................................... 31

LISTA DE TABLA

Tabla 1 Requisitos de los agregados para bases granulares. ............................................. 16

Tabla 2 Requisitos de los agregados para sub bases granulares. ...................................... 17

Tabla 3 Agregados Pétreos: Correlación de las Solicitudes de Calidad con la Litología y

los Ensayo Índice .......................................................................................................................... 18

Tabla 4. Granulometría del Material Cantera N.1............................................................. 23

Tabla 5. Granulometría del Material Cantera N.2............................................................. 24

Tabla 6. Resultados de Degradación 500 Revoluciones ................................................... 26

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Tabla 7. Resultados de Degradación 100 Revoluciones ................................................... 26

Tabla 8. Resultados de Determinación 10% de Finos....................................................... 27

Tabla 9. Resultados de Degradación por Abrasión ........................................................... 29

Tabla 10. Resultados de Degradación por Compactación Constriturar ............................ 30

Tabla 11. Resultados de Degradación por Compactación Remanso................................. 31

Tabla 12. Comparación de los Resultados Constriturar vs Remanso ............................... 32

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RESUMEN

En la actualidad los materiales granulares o agregados pétreos juegan un papel muy

importante en la construcción de carreteras a nivel nacional; notándose este como principal

insumo en materiales de construcción para vías y pavimentos, de ahí nace la necesidad de

caracterizar y conocer el comportamiento para cuantificar la “Calidad” de los materiales,

mediante ensayos de laboratorio rigiéndose por las normas colombianas (INVIAS, 2007 y/o

2012), ensayos tales como: análisis granulométrico (INV E-123, 124), Californian Bearing Ratio

– CBR (INV E-148), índices de alargamiento y aplanamiento (INV E-230), Proctor (INV E-141,

142), Partículas fracturadas (INV E-227), Micro Deval (INV E-238), desgaste en la máquina de

los Ángeles (INV E-218, 219), pérdida en solidez (INV E-220), valor de azul de metileno (INV

E-235), contenido de terrones de arcilla y partículas deleznables (INV E-211), angularidad de la

fracción fina (INV E-239), equivalente de arena (INV E-133), análisis granulométrico de

agregados gruesos y finos (INV E 213), evaluación de la resistencia mecánica de los agregados

gruesos por el método de 10% de finos (INV E-224) y el ensayo de degradación de los agregados

pétreos a causa de la compactación por impactos (INV E-243).

Teniendo en cuento lo descrito por el ingeniero Hugo Alexander rondón en su libro

comportamiento de materiales granulares en pavimentos flexibles, los ensayos anteriormente

mencionados, solo pueden realizar medidas indirectas de la calidad del agregado pétreo, lo que

nos indica que con estos ensayos es posible realizar una clasificación y caracterización de los

materiales pétreos.

En Colombia existe muy poca información respecto a la caracterización de materiales

pétreos provenientes de canteras, especialmente en la identificación del comportamiento de la

degradación por impacto, es por esta razón que se pretende contribuir a dicha caracterización

realizando algunos de los ensayos citados, como medio de apoyo a investigaciones futuras.

Se va a realizar la caracterización de dos tipos materiales provenientes de canteras

pertenecientes a los linderos de la ciudad de Bogotá, se quiere establecer el origen del material y

determinar cuál de los dos materiales tiene mayor resistencia a la degradación.

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ABSTRACT

At present granular materials or stone aggregates play a very important role in the

construction of roads at national level; Being noted as the main input in construction materials

for roads and pavements, hence the need to characterize and know the behavior to quantify the

"Quality" of the materials, through laboratory tests ruled by Colombian standards (INVIAS,

2007 and / (INV E-130), as well as the results obtained in the literature (INV E-130) (INV E-

227), fractured particles (INV E-227), Micro Deval (INV E-238), wear on the LA machine (INV

E-218, 219), loss in solidity (INV E-235), sand equivalent (INV E-133), aggregate particle size

analysis (INV E-235), clay content and deleterious particles (INV E-211), fine fraction

angularity (INV E 213), evaluation of the mechanical strength of the coarse aggregates by the

10% fine method (INV E-224) and the stone aggregate degradation test due to impact

compaction (INV E-243).

Taking into account what Hugo Rondón described in his book Behavior of Granular

Materials in Flexible Pavements, the above mentioned tests can only perform indirect

measurements of the quality of the stone aggregate, which indicates that with these tests it is

possible to perform a classification and characterization of the stone materials.

In Colombia there is very little information on the characterization of stone materials

from quarries, especially in the identification of the behavior of impact degradation, it is for this

reason that it is intended to contribute to this characterization by performing some of the cited

tests, as a means of Support for future research.

The characterization of two types of materials from quarries belonging to the boundaries

of the city of Bogotá is to be carried out. The origin of the material is to be determined and the

one of the two materials has the greatest resistance to degradation.

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INTRODUCCIÓN

Para el correcto uso de los agregados pétreos en cualquier tipo de construcción vial,

es conveniente conocer su origen, desde la extracción de la cantera, así como sus

propiedades físicas, químicas, resistentes, térmicas y otras propiedades que pueden influir al

momento de su utilización.

Por ejemplo para la elaboración de mezclas asfálticas, es importante caracterizar el

tipo de material pétreo a utilizar, ya que si se desconoce y se emplea el agregado inadecuado

se generaría una mezcla que no va a cumplir con las especificaciones y normativas

requeridas para la ejecución de los procesos constructivos. Es por ello que se debe conocer

las características físicas para conocer si es apto o no, ya que los agregados constituyen el

88% al 96% del peso de un pavimento bituminoso y algo más del 75% del volumen del

mismo, contribuyendo a la estabilidad mecánica del pavimento.

Es de gran importancia resaltar que el agregado es el principal elemento de una

mezcla asfáltica, donde las características exigidas son: Durabilidad, Resistencia, La forma

de la partícula, La textura superficial, baja porosidad (Baja Absorción).

En el presente trabajo de grado se analizaran las propiedades de desgaste de dos tipos de

materiales provenientes de diferentes canterías, ubicadas a las afueras de la ciudad de Bogotá,

mediante los ensayos: (I.N.V.E 213) ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS

GRUESOS Y FINOS, (I.N.V.E 218) RESISTENCIA AL DESGATE DE LOS AGREGADOS

DE TAMAÑOS MENORES DE 37.5 mm (1 1/2") POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS

ANGELES, (I.N.V.E 224) EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS

AGREGADOS GRUESOS POR EL MÉTODO DE 10% DE FINOS,(I.N.V.E 238)

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL AGREGADO GRUESO AL DESGASTE

POR ABRASIÓN UTILIZANDO EL APARATO MICRO – DEVAL, y por último el ensayo

(I.N.V.E 243) DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS, con el fin de identificar el comportamiento de estos

materiales.

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1 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO

1.1 LINEA DE INVESTIGACIÓN

El presente trabajo de investigación, corresponde al conocimiento de las propiedades

físico-mecánicas de materiales pétreos empleados en obras civiles en la línea de

pavimentos, el eje principal de estudio corresponde a la Caracterización de los

agregados.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los daños presentados de forma prematura en los pavimento a nivel nacional, en diversas

ocasiones son originados por la calidad de los agregados pétreos, debido a que hoy en día no se

han investigado, ni caracterizado las propiedades físicas y mecánicas de dichos agregados,

debido que en el momento del proceso constructivo o en el periodo de servicio, el material sufre

cambios frente a los procesos de compactación. Teniendo en cuenta lo anterior es necesario

caracterizar la degradación de los materiales en los procesos de compactación y degradación.

1.2.1 Antecedentes del problema a resolver

Bajo la denominación "degradación" se contemplan los procesos mecánicos y químicos

que producen una reducción de rango y condición de los agregados. Los procesos mecánicos dan

lugar a la desintegraci6n de los agregados y los procesos químicos a una descomposición de

algunos de los constituyentes minerales primarios. La degradación es un proceso dinámico de

intensidad creciente y variable, modificada por las condiciones imperantes y/o tratamientos

aplicados, que afecta sensiblemente las condiciones de servicio de los agregados y, por

consiguiente, una reducción en la vida de servicio de las obras y un cambio en las propiedades

fundamentales como son: la resistencia, deformabilidad, flexibilidad.

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1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo es el comportamiento de los agregados pétreos, frente a la degradación a causa de la

compactación por impacto?

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Analizar y comparar los resultados obtenidos de la degradación que presentan diferentes

agregados pétreos provenientes de dos (2) canteras ubicadas en Mosquera Cundinamarca y en

Bogotá D.C.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Establecer el nivel de degradación que presenta cada uno de los materiales

seleccionados, mediante el ensayo de “Degradacion de los agregados pétreos a

causa de la compactación por impacto I.N.V.E – 243-13.

Determinar las perdidas por desgaste de los mismos agregados mediante el ensayo

“Resistencia al desgaste de los agregados de tamaños menores de 37.5 mm (1½”)

por medio de la máquina de los Ángeles I.N.V.E – 218-13”.

Determinar la resistencia a la abrasión de los agregados en estudio, mediante el

aparato Micro .Deval I.N.V.E-238-13.

Evaluar la resistencia mecánica de los agregados gruesos a la trituración, para

producir un 10% de finos, Ensayo I.N.V.E – 224-13.

Realizar la granulometría por tamizado a los agregados I.N.V.E-213-13.

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2 MARCOS DE REFERENCIA

En cuanto a los marcos de referencia relacionados en este proyecto, se conceptualizan en

el marco teórico, conceptual y legal.

Figura 1. Marco de Referencia

Fuente. Archivo personal autores

El marco teórico abarca el tipo de geología en el cual fue extraído el material pétreo; en el

marco conceptual se puntualiza en las investigaciones realizadas frente a la degradación de los

agregados pétreos durante la vida útil de los pavimentes, y finalmente en el marco legal se

exponen las normas colombianas en las cuales se regio cada uno de los ensayos ejecutados en

este proyecto.

2.1 MARCO TEÓRICO

2.1.1 Geología de la Sabana de Bogotá

La Sabana de Bogotá está localizada en el departamento de Cundinamarca, en la zona

centro de la Cordillera Oriental, (Figura 2), en esta área se integra seis planchas topográficas

donde el Instituto Geográfico Agustín Cosazzi (IGAC), los clasifica: Zipaquira, Villeta, La

Mesa, Bogotá Oriental, Fusagasugá, Cáqueza, donde ha evidenciado presencia de diferentes

rocas sedimentarias, “en esta zona se ha encontrado una variada diversidad de recursos como

carbón, arcillas, arenas y gravas”.(Montoya y Reyes, 2005,p 9)

La Sabana de Bogotá, se puede dividir en dos zonas fisiográficas: el altiplano y a zona

montañosa de la Cordillera Oriental.

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Figura 2. Localización de la Sabana de Bogotá

Fuente. IGAC (2005) Geología de la Sabana de Bogotá

En cuanto a la ciudad de Bogotá la formación se encuentra encima de la Arenisca del

Cacho en los Sinclinales de Tunjuelo, Bogotá-Cajicá - Checua, Teusacá, Sesquilé, y Siecha –

Sisga. Está compuesta por arcillolitas bien estratificadas, en algunos bancos de areniscas

micáceas grises de grano fino hacia la parte superior de la unidad. Tiene un espesor variable

entre 800 m y 2000 m (Julivert, M, 1963).

2.2 MARCO CONCEPTUAL

Los materiales que constituyen un pavimento están sometidos constantemente a fuerzas

de comprensión y de fricción, por esta razón es importante, que dichos materiales presenten altas

características de dureza y resistencia mecánica.

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Figura 3. Fuerzas actuantes en el pavimento provocadas por el tráfico

Fuente. Araque, Carlos, Figueroa, Silvia “Implementación en el laboratorio de pavimentos del ensayo del

10% de finos”, Universidad Industrial de Santander (2009)

Para comprender el comportamiento de los agregados en el pavimento es necesario

conocer e interpretar ciertas definiciones y temas relacionados con las características que

presentan cada uno de los agregados.

2.2.1 Bases de Pavimentos

La capa denominada Base Granular, se encuentra ubicada en la parte inferior de la capa

de rodadura en un pavimento flexible, por cuanto esta capa recibe la mayor parte de los esfuerzos

producidos por el tránsito en el momento de encontrarse en operación

Dentro de las especificaciones generales de construcción INVIAS 2013, el material debe

cumplir con lo descrito en el artículo 330-13, donde se describe que el material clasificado como

una base granular debe resistir las alteraciones de humedad y temperatura, cumpliendo ciertas

propiedades mecánicas, ofreciendo una granulometría de tal manera que la fricción interna de las

partículas proporcionen resistencia al momento de soportar los esfuerzos en los cuales va a estar

sujeto el material. De igual forma el material no debe presentar cambios de volumen, y debe

presentar un alto grado de compactación, en general para que un material pétreo sea clasificado

como una base granular debe cumplir con los requisitos descritos en la norma los cuales se

presentan a continuación:

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Tabla 1 Requisitos de los agregados para bases granulares.

Fuente. Especificaciones INVIAS 2013

2.2.2 Sub Base de Pavimentos

Se denomina sub-base granular a la capa localizada entre la subrasante y la base granular,

esta capa se considera transicional, ya que impide la penetración de los materiales de la

subrasante, adicionalmente funciona como filtro de la base granular impidiendo que los finos de

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la subrasante contaminen el material superior, por otro lado la sub base granular al igual que la

base granular transmite esfuerzos de manera uniforme a la subrasante; En algunos casos la sub

base debe drenar el agua e impedir la ascensión capilar.

Dentro de las especificaciones generales de construcción INVIAS 2013, el material debe

cumplir con lo descrito en el artículo 320-13, donde se describe que el material clasificado como

una sub - base granular, a diferencia de las bases granulares, la sub - base debe cumplir con

ciertas franjas granulométricas, teniendo en cuenta el tipo de degradación, evaluando las

tolerancias en producción sobre la fórmula de trabajo (+-).

Tabla 2 Requisitos de los agregados para sub bases granulares.

Fuente. Especificaciones INVIAS 2013

Establecidos los requisitos de las especificaciones para materiales de base y sub base

granular, se espera que el material seleccionado para cualquier tipo de obra civil, presenten

características ideales de resistencia, rigidez y durabilidad frente al sometimiento de las cargas.

A continuación se presenta una tabla con la correlación de la solicitación de comportamiento,

litología y ensayos de índice (Tamayo, 1983).

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Tabla 3 Agregados Pétreos: Correlación de las Solicitudes de Calidad con la Litología y los

Ensayo Índice

Fuente. (Montero Olarte, pág. 139)

2.3 MARCO LEGAL

2.3.1 Normas del ensayo

Dentro del marco de referencia se hace relación a las normas y especificaciones

colombianas utilizadas en el proyecto, corresponden a las establecidas por el instituto nacional de

vías INVIAS 2013, los cuales se observan en la figura 2.

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Figura 4. Marco de Referencia

Análisis Granulométrico de los Agregados Grueso y Fino INV E – 213 – 13:

“Este método de ensayo determina cuantitativamente la distribución de los tamaños de las

partículas de los agregados grueso y fino de un material, por medio de tamizado” (INVIAS,

2013).

Resistencia a la Degradación de los Agregados de Tamaños Menores de 37.5 mm

(1 ½”) por Medio de la Máquina de los Ángeles INV E – 218 – 13:

“La norma establece el procedimiento para evaluar la resistencia a la degradación de los

agregados gruesos de tamaño menor a 37.5 mm (1 ½”) por medio de la máquina de los Ángeles”

(INVIAS 2013).

Determinación del Valor del 10% de Finos INV E – 224 – 13:

“Esta norma cubre un procedimiento para evaluar la resistencia mecánica de un agregado

grueso al aplastamiento cuando es sometido a un esfuerzo de compresión, determinando la carga

necesaria para que el ageregado produzca 10% de finos, constituidos por el material que pasa el

tamiz de 2.36 mm (No, 8)” (INVIAS 2013).

Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la Degradación por

Abrasión, Utilizando el Aparato Micro-Deval INV E – 238 – 13:

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“El método describe el procesamiento para medir la resistencia a la abrasión y de la

durabilidad de los agregados pétreos, como el resultado de una acción combinada de abrasión y

molienda con esferas en presencia de agua utilizando el aparato Micro-Deval” (INVIAS 2013).

Degradación de los Agregados Pétreos a Causa de la Compactación por Impactos

INV E – 243 – 13:

“La norma establece un método para determinar la degradación que sufre un agregado

pétreo secado al aire, al ser sometido a compactación por impactos con una energía determinada,

teniendo agregados con una distribución granulométrica especificada se instalan capas de

compactación sometiéndolos a 26 golpes con un martillo especificado en la norma INV E-142.

Se determina la granulometría que presentan los agregados luego de la compactación y, a partir

de la diferencia entre la granulometría final y la inicial, se determina un índice de degradación.

(INVIAS 2013).

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3 METODOLOGÍA

Figura 5. Metodología de investigación


3.1 SELECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIALES

En la selección de los agregados pétreos, se realizó un estudio exhaustivo para determinar

que materiales han sido evaluados en la sabana de Bogotá determinando sus características

ideales de resistencia. La fuente de material seleccionada básicamente presenta areniscas,

arcillolita y algunas lutitas, entre otros materiales que conforman la mineralogía.

3.1.1 Fuente de Material N.1 (Remanso)

Esta cantera se encuentra ubicada en la vía que conecta la ciudad de Mosquera y La mesa

Cundinamarca, muy cerca de Mondoñedo, aproximadamente a unos 6 kilómetros del parque

principal del municipio de Mosquera, esta cantera ofrece materiales para bases, subbases y rajón.

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Figura 6. Ubicación fuente de material N.1


3.1.2 Fuente de Material N.2 (Constriturar)

Esta cantera se encuentra ubicada en Bogotá D.C, en el barrio el mochuelo de la localidad

Ciudad Bolívar, suroccidente de la ciudad, esta cantera ofrece material para bases, subbases y

rajón.

Figura 7. Ubicación fuente de material N.2

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4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Identificando el material seleccionado de las dos canteras en estudio, se ejecutaron los ensayos pertinentes para realizar la

caracterización y degradación de los agregados pétreos, siguiendo los lineamientos de las normas colombianas, cuyos resultados se

mostraran a continuación:

4.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS AGREGADOS GRUESO Y FINO INV E -123 – 13

Tabla 4. Granulometría del Material Cantera N.1.


Establecida a granulometría para la primera cantera, se observa que el tamaño máximo nominal se ve representado en el tamiz

¾ (19 mm).

Peso RET. (%) (%) (%) (%)

(mm) (Pulg) (g) RETENIDO RET.ACUM PASA PASA Límite Superior Límite Inferior

38.1 1 1/2 0 0 0 100 100 ± 0 100 100

25.4 1 0 0 0 100 100 ± 0 95 75

19 3/4 701.4 13.6 13.6 86.4 86.4 ± 0 - -

12.7 1/2 1078.8 21 34.6 65.4 65.4 ± 1 85 55

9.53 3/8 486.3 9.4 44 56 56 ± 0.3 75 45

4.76 No.4 1094.6 21.3 65.3 34.7 34.7 ± 1.4 60 30

2.36 No.8 593.6 11.5 76.8 23.2 23.2 ± 0.9 - -

1.2 No.16 325.2 6.3 83.1 16.9 16.9 ± 0.8 - -

0.6 No.30 208.6 4.1 87.2 12.8 12.8 ± 0.6 - -

0.3 No.50 191.5 3.7 90.9 9.1 9.1 ± 0.5 - -

0.2 No.100 357.8 6.9 97.8 2.2 2.2 ± 0.1 - -

0.1 No.200 97.8 1.9 99.7 0.3 0.3 ± 0 15 2

13 0.3 100 - - -FONDO

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO AGREGADO GRUESO Y FINO

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO: INV E 213-13

Referencia: Constriturar.

Descripción: Grava arenosa amarilla

ABERT.DEL TAMIZESPECIFICACIÓN

SUBBASE-38 INVIAS

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Tabla 5. Granulometría del Material Cantera N.2.


Establecida a granulometría para la segunda cantera, se observa que el tamaño máximo nominal se ve representado en el tamiz

¾ (19 mm).

Peso RET. (%) (%) (%) (%)

(mm) (Pulg) (g) RETENIDO RET.ACUM PASA PASA Límite Superior Límite Inferior

38.1 1 1/2 0 0 0 100 100 ± 0 100 100

25.4 1 0 0 0 100 100 ± 0 95 75

19 3/4 340.8 8.1 8.1 91.9 91.9 ± 0 - -

12.7 1/2 365.3 8.7 16.8 83.2 83.2 ± 1.2 85 55

9.53 3/8 446.8 10.6 27.4 72.6 72.6 ± 0.4 75 45

4.76 No.4 738.8 17.5 44.9 55.1 55.1 ± 2.2 60 30

2.36 No.8 468.8 11.1 56 44 44 ± 1.7 - -

1.2 No.16 437.5 10.4 66.4 33.6 33.6 ± 1.6 - -

0.6 No.30 294 7 73.4 26.6 26.6 ± 1.3 - -

0.3 No.50 399.1 9.5 82.9 17.1 17.1 ± 0.9 - -

0.2 No.100 539 12.8 95.7 4.3 4.3 ± 0.2 - -

0.1 No.200 160.1 3.8 99.5 0.5 0.5 ± 0 15 2

23.2 0.5 100 - - -FONDO

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO AGREGADO GRUESO Y FINO

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO: INV E 213-13

Referencia: Remanso.

Descripción: Grava arenosa amarilla

ABERT.DEL TAMIZESPECIFICACIÓN

SUBBASE-38 INVIAS

de 35

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Realizada cada una de las granulometrías, se realiza gráficamente la comparación de los

materiales pétreos para clasificar y establecer si pertenece a un material de Base o Sub base

granular.

Figura 8. Franja Granulométrica


Como se observa en la gráfica anterior la granulometría del material de Constriturar y el

Remanso se ajusta a la franja granulometría de una Sub base granular, con un tipo de gradación

de SBG-38, dando cumplimiento a la especificación anteriormente descrita.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

% P

asa

Diámetro de Tamiz (mm)

Constriturar

Remanso

Lim.sup Espec

Lim.inf Espec

de 35

Página 26 de 35

4.2 RESISTENCIA A LA DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS

MENORES DE 37.5 mm (1 ½”) POR MEDIO DE LA MÁQUINA DE LOS

ÁNGELES

Definida la composición granulométrica, se pretende determinar la degradación del

agregado por acciones de abrasión, impacto y molienda, obteniendo los siguientes resultados.

Tabla 6. Resultados de Degradación 500 Revoluciones


Tabla 7. Resultados de Degradación 100 Revoluciones


Teniendo en cuenta los resultados de la degradación a 500 y 100 revoluciones, se analiza

que el material tuvo un comportamiento altamente degradable en las dos muestras evaluadas,

realizando la degradación a 500 revoluciones llagando cerca al límite del porcentaje máximo

permitido por la especificación y la diferencia de degradación de las canteras fue del 2%,

diferencia que fue semejante a la degradación a 100 revoluciones.

Cantera Remanso Constriturar

Gradación usada A A

Número de esferas 12 12

Masa de las esferas (g) 4610 4610

Número de revoluciones 500 500

Peso muestra antes del ensayo (Pa) 5000 5000

Peso muestra después del ensayo (Pb) 3017 2886

Pérdida del material (Pa-Pb) 1983 2114

% Desgaste (Pa-Pb)/Pa)*100 40 42

Cantera Remanso Constriturar

Gradación usada A A

Número de esferas 12 12

Masa de las esferas (g) 4610 4610

Número de revoluciones 100 100

Peso muestra antes del ensayo (Pa) 5000 5000

Peso muestra después del ensayo (Pb) 4282 4212

Pérdida del material (Pa-Pb) 718 788

% Desgaste (Pa-Pb)/Pa)*100 14 16

de 35

Página 27 de 35

Figura 9. Porcentaje Comparativo de Desgaste


Gráficamente se puede analizar y concluir que el porcentaje de degradación es similar en

las dos canteras, realizando el ensayo a 500 y 100 revoluciones.

4.3 DETERMINACIÓN DEL VALOR DEL 10% DE FINOS INV E – 224-13

Tabla 8. Resultados de Determinación 10% de Finos


Remanso Constriturar

500 Revoluciones 40 42

100 Revoluciones 14 16

05

101520253035404550

Porcentaje de Desgaste

Ensayo No. 1 2

Referencia EL REMANSO CONSTRITURAR

Descripción REDONDEADA NATURAL REDONDEADA NATURAL

Condición de la muestra SECA SECA

Ensayo No. 1 2

Masa de agregado que contiene el recipiente cilindrico (g) 2258.6 2494.6

Penetración (mm) Según Tabla 1. 15 15

Carga aplicada X1 (kN) 49.03 58.84

Masa de agregado retenido en el tamiz No.8 Mr (g) 2085.96 2297.3

Porcentaje de finos producidos, F1 7.64% 7.91%

Carga necesaria para producir un 10% finos C10 (kN) 170 200

Relación Humedo/seco % 87 90

de 35

Página 28 de 35

Figura 10. Valor de 10% de Finos


De los resultados anteriores, se puede concluir que de acuerdo a la norma INV-224 ambas

canteras cumplen con el porcentaje de finos, el cual debe estar en un rango entre 7.5% y 12.5%,

la carga necesaria para producir un 10% de finos el cual es el objetivo de este ensayo para el

remanso y Constriturar son de 170 kN y 200 kN respectivamente, los cuales son altos en

comparación a que tiene un alto porcentaje de desgaste (máquina de los ángeles y Micro deval).

Este ensayo es importante, ya que nos ayuda a evitar la formación de finos que puedan alterar la

granulometría inicial.

CANTERA

EL REMANSO 170

CONSTRITURAR 200

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

205

Valor del 10% de finos (kN)

de 35

Página 29 de 35

4.4 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL AGREGADO GRUESO A LA

DEGRADACIÓN POR ABRASIÓN, UTILIZANDO EL APARATO MICRO-

DEVAL

Tabla 9. Resultados de Degradación por Abrasión


Con respecto al ensayo micro-deval la cantera el remanso tiene un porcentaje de pérdida

del 21% y para Constriturar del 9%, mostrando que esta última cantera presenta unas mejores

características mecánicas en condiciones críticas, ya que estos materiales se encuentran

húmedos.

Referencia REMANSO CONSTRITURAR

Muestra de Ensayo A-PASA 3/4 RET 3/8 A-PASA 3/4 RET 3/8

Condición de la Muestra LAVADA Y SECA LAVADA Y SECA

Descripción GRAVA DE PEÑA GRAVA DE PEÑA

Tamaño máximo 3/4" 3/4"

Gradación usada 1 1

Tiempo de rotación (min) 120 120

Número de Revoluciones 6000 6000

Carga abrasiva (g) 5000 5000

Peso muestra inicial 1500,6 1500,2

Peso muestra final 1179,1 1365,8

% Pérdida 21 9

de 35

Página 30 de 35

4.5 DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS INVE – 243 -13

Tabla 10. Resultados de Degradación por Compactación Constriturar


Para el ensayo de degradación por compactación para la cantera Constriturar, presenta un

índice de degradación del 22%, como se observa en la Figura 11, la granulometría que se obtuvo

(promedio), es más alta que la granulometría patrón, con lo cual se puede inferir, que las

propiedades mecánicas de este material no son las mejores.

Figura 12. Resultados Índice de Degradación Constriturar


SUB-

MUESTRA 1

SUB-

MUESTRA 2

SUB-

MUESTRA 3

SUB-

MUESTRA 1

SUB-

MUESTRA 2

SUB-

MUESTRA 3PROMEDIO D

19 mm 900 592.7 362 373.7 85% 90.1% 94.0% 93.8% 93% 8%

9.5 mm 1200 809.5 555.3 649.3 65% 76.6% 84.7% 83.0% 81% 16%

4.75 mm 900 567.3 568.5 648.5 50% 67.2% 75.2% 72.1% 72% 22%

2 mm 900 573.3 636.2 645.9 35% 57.6% 64.6% 61.4% 61% 26%

425 µm 900 633 677.3 650.5 20% 47.1% 53.3% 50.5% 50% 30%

75 µm 900 773.1 795.4 883.1 5% 34.2% 40.1% 35.8% 37% 32%

FONDO 300 101.9 147.8 121.5

6000 D 22%

PORCENTAJE QUE PASA RESULTADOS

CALCULO PORCENTAJE DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS

Granulometría

Patron

Granulometría

Patron

TAMICES

GRANULOMETRIA DESPUES DE

COMPACTACION

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

% P

asa


Granulometría Patron Promedio

de 35

Página 31 de 35

Tabla 11. Resultados de Degradación por Compactación Remanso


Para esta cantera el índice de degradación es del 23%, igual que en la otra cantera

(Constriturar), la granulometría promedio es mal alta que la patrón, concluyendo que estas

propiedades mecánicas no son las mejores.

Figura 13. Resultados Índice de Degradación Remanso


SUB-MUESTRA 1 SUB-MUESTRA 2 SUB-MUESTRA 3SUB-

MUESTRA 1

SUB-

MUESTRA 2

SUB-

MUESTRA 3PROMEDIO D

19 mm 900 412 461.5 473.2 85% 93.1% 92.3% 92.1% 93% 8%

9.5 mm 1200 599.6 617.4 638.5 65% 83.1% 82.0% 81.5% 82% 17%

4.75 mm 900 583.7 592.1 587.4 50% 73.4% 72.2% 71.7% 72% 22%

2 mm 900 612.4 627 651.3 35% 63.2% 61.7% 60.8% 62% 27%

425 µm 900 645 612 593.5 20% 52.5% 51.5% 50.9% 52% 32%

75 µm 900 816.4 747.5 763.2 5% 38.8% 39.0% 38.2% 39% 34%

FONDO 300 157.6 186.5 162.8

6000 D 23%

TAMICES

CALCULO PORCENTAJE DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS

Granulometría

Patron

GRANULOMETRIA DESPUES DE COMPACTACIONGranulomet

ría Patron

PORCENTAJE QUE PASA RESULTADOS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

% P

asa


Granulometría Patron Promedio

de 35

Página 32 de 35

4.6 COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS NORMAS INVIAS VS NORMAS IDU

Tabla 12. Comparación de los Resultados Constriturar vs Remanso


EN SA YOS D E LA B OR A T OR IO N OR M A P A R A M ET R OC A N T ER A

R EM A N SO

C A N T ER A

C ON ST R IT UR A R

R EQUISIT OS

IN VIA S SB G-A

R EQUISIT OS ID U

SB G-A

Desgaste en la maquina de

los ángeles Máximo (%) 100

revoluciones

14 16 NO APLICA 7

Desgaste en la maquina de

los ángeles Máximo (%) 500

revoluciones

40 42 50 35

Valor en seco, mínimo (KN) 170 200 60

Relación húmedo/seco,

mínimo (%)87 90 75

DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS

PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS

NORMA INV

E-243Índice de degradación (%) 23 22 NO APLICA NO APLICA

EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA

MECÁNICA DE LOS AGREGADOS

GRUESOS POR EL MÉTODO DE 10% DE

FINOS

NORMA INV

E-224 NO APLICA

Degradación por abrasión en

el equipo Micro - Deval,

máximo (%)

21 9 30 30

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA

DEL AGREGADO GRUESO AL

DESGASTE POR ABRASIÓN

UTILIZANDO EL APARATO MICRO –

DEVAL

NORMA INV

E 238

RESISTENCIA AL DESGATE DE LOS

AGREGADOS DE TAMAÑOS MENORES

DE 37.5 mm (1 1/2") POR MEDIO DE LA

MAQUINA DE LOS ANGELES

NORMA INV

E 218

de 35

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5 CONCLUSIONES

La fuente de donde proviene el material pétreo es incidente en los diferentes ensayos de

laboratorio realizados, ya que la resistencia a la abrasión, desgaste o dureza es una propiedad que

depende principalmente de la roca madre.

El cumplimiento de las especificaciones en relación a la distribución de las partículas,

evidencia que el material pétreo proveniente de la cantera Remanso y Constriturar clasifican

como una Sub – base granular Art 320, con un tipo de gradación SBG-38.

A pesar de que pueda existir una relación directa entre los ensayos ejecutados, se observó

que la degradación por abrasión en el equipo de Micro-Deval del material pétreo descendiente de

la cantera el Remanso presenta una mayor reducción de la resistencia en presencia del agua,

respecto al material de la cantera de Constriturar, lo que indica que dicho material es más débil

en estado húmedo.

Los resultados obtenidos en cuanto al desgaste, al realizarse los ensayos de Máquina de

los Ángeles, determinación del valor de 10% de finos y Micro-Deval, se encuentran al límite de

las especificaciones requeridas, evidenciando una degradación alta en los materiales proveniente

de las dos canteras, con lo que coincide con los resultados obtenidos en el ensayo de la

degradación de los agregados pétreos a causa de la compactación por impacto, ya que como se

observó en las gráficas del ensayo, la variación entre la granulometría patrón y la calculada,

presentan una variación significativa, lo que indica que sus características físico – mecánicas no

son las mejores.

El comportamiento de los agregados pétreos, frente a la degradación por impacto marca

un indicio de los resultados de la resistencia a la fragmentación la cual se suele medir con el

desgaste de máquina de los Ángeles, determinación del valor 10% de finos y Micro-Deval.

de 35

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REFERENCIAS

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BOGOTÁ. Bogotá: INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA.

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13, DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS A CAUSA DE LA

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS. Bogotá: INVIAS.

INVIAS, I. N. (2013). Normas de Ensayo de materiales para carreteras. INV E – 218 – 13

RESISTENCIA A LA DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS MENORES

DE 37.5 mm (1½") POR MEDIO DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES. Bogotá D.C.,

Colombia.


EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA MECANICA DE LOS AGREGADOS GRUESOS

POR EL MÉTODO DE 10% DE FINOS. Bogotá D.C., Colombia.


DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL AGREGADO GRUESO AL DESGASTE

POR ABRASIÓN UTILIZADO EL APARATO MICRO-DEVAL. Bogotá D.C., Colombia.

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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS GRUESOS FINOS. Bogotá D.C.,

Colombia.

Jorge Tamayo, J. T. (1983). Comportamiento de los materiales bajo carga repetida.

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Desenvolvimento Tecnológico - ipr divasao de capacitacao tecnolólogia. Norma Rodoviária.

Geol M. Sc. Juan Montero Olarte, Aspectos petrológicos de los agregados Pétreos para

pavimentos en Colombia

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