Ensayos entre áridos

VINCULACIN ENTRE DESGASTE Y DESINTEGRACIN PARA RIDO GRUESO CAPTULO UNO__________________________________________________________________________________

UNIVERSIDAD DE VALPARASOFACULTAD DE ARQUITECTURA ESCUELA DE CONSTRUCCIN CIVIL CARRERA DE INGENIERA EN CONSTRUCCIN

CORRELACIN DE RESULTADOS ENTRE DOS ENSAYOS PARA RIDOS

DESGASTE CON LA MQUINA DE LOS NGELES Y DESINTEGRACIN CON SULFATO DE SODIO

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RESUMEN RESUMEN DEL ESTUDIO

La presente tesis es un trabajo que nace de la inquietud de poder determinar la existencia de alguna relacin que vincule los resultados obtenidos al ensayar muestra de ridos (en este caso gravas y gravillas con tamaos entre 40mm a 5mm desde el Ro Aconcagua); por dos mtodos distintos enunciados en las siguientes Normas Chilenas:

NCh 1328 of77: Determinacin de la desintegracin de los ridos mediante el mtodo de los sulfatos y

NCh 1369 of78: Determinacin del desgaste de las gravas mediante el Mtodo de la Mquina de los ngeles.

Tras realizar los ensayos enunciados se probar la autenticidad de la siguiente hiptesis planteada: Sera posible elaborar una relacin entre los resultados obtenidos de los ensayos de la desintegracin de los ridos con Sulfato de Sodio y el mtodo de desgaste de ridos con la Mquina de Los ngeles.

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RESUMEN DE CADA PROCEDIMIENTO

DESINTEGRACIN POR EL MTODO DE LOS SULFATOS (NCh 1328 of77): Consiste en acondicionar cada muestra a ensayar y someterlas a ciclos sucesivos de inmersin en una solucin salina (en este caso sulfato de sodio del tipo anhidro) y secada en estufa. Calcular luego la desintegracin como prdida de masa, de cada sub-fraccin, debida a fenmenos fsicoqumicos resultantes de la cristalizacin del sulfato. Este ensayo emula cambios drsticos de temperatura (hielo y deshielo) de ridos utilizados en la confeccin de morteros y hormigones.

DESGASTE POR LA MQUINA DE LOS NGELES (NCh 1369 of78): Acondicionar cada muestra a ensayar y colocarlas en la Mquina de los ngeles junto a esferas de acero. Luego el conjunto se somete a giros dentro de la mquina produciendo choques de las partculas de rido y bolas de acero. Se calcula luego el desgaste como prdida de masa, de cada grado, debida a fenmenos fsicos resultantes de abrasin e impacto entre los ridos y las bolas de acero. Este ensayo emula los efectos de impacto y abrasin en ridos utilizados en la confeccin de morteros y hormigones.

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NDICE

CAPTULO UNO 1.1 Introduccin 1.2 Objetivos 1.3 Limitaciones de este estudio 1.4 Alcance y campo de aplicacin de este estudio CAPTULO DOS 2.1 Generalidades de los ridos 2.1.1 Naturaleza geolgica de los ridos - Rocas igneas - Rocas sedimentarias - Rocas metamrficas 2.1.2 Propiedades y requisitos de los ridos en la construccin CAPTULO TRES 3.1 Diseo de la experiencia 3.1.1 Seleccin de las variables de estudio 3.1.2 Mtodo de vinculacin de las variables CAPTULO CUATRO 4.1 Desarrollo de la experiencia (Metodologa de Trabajo) 4.1.1 Caracterizacin de los ridos utilizados en este estudio A. Extraccin y preparacin de las muestras (NCh 164 of76). B. Tamizado y determinacin de la granulometra (NCh 165 of77). C: Determinacin de la densidad aparente (NCh 1116 of77). D. Determinacin de las densidades real y neta, y la absorcin de agua de las gravas (NCh 1117 of77). E. Determinacin de huecos (NCh 1326 of77). F. Determinacin del coeficiente volumtrico medio de las gravas (NCh 1511 of80). 4.1.2 Desarrollo en laboratorio de los ensayos de desgaste y desintegracin de los ridos estudiados a) Procedimientos para la desintegracin de los ridos mediante sulfato de sodio anhidro 47 38 38 31 31 33 18 7 7 1 4 5 6

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b) Procedimientos para el desgaste de los ridos mediante la Mquina de Los ngeles.

CAPTULO CINCO 5.1 Generalidades 5.2 Resultados de los ensayos de desgaste y desintegracin de ridos 5.2.1 Exposicin de los resultados 5.2.2 Anlisis y discusin de los resultados 5.3 Exposicin de los resultados de vinculacin de las variables 5.4 Uso del modelo matemtico de vinculacin entre las variables ensayo de desintegracin 5.4.2 Uso del grfico y el modelo de vinculacin para estimar desintegracin desde el ensayo de desgaste CAPTULO SEIS 6.1 Conclusiones 96 95 63 63 63 64 71 91 94

5.4.1 Uso del grfico y el modelo de vinculacin para estimar desgaste desde el

BIBLIOGRAFA ANEXOS A. Extraccin y preparacin de las muestras (NCh 164 of76) B. Tamizado y determinacin de la granulometra (NCh 165 of77) C. Determinacin de la densidad aparente (NCh 1116 of77) (NCh 1117 of77) E. Determinacin de huecos (NCh 1326 of77) 110

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104 107 110 113

D. Determinacin de las densidades real y neta, y la absorcin de agua de las gravas

F. Determinacin del coeficiente volumtrico medio de las gravas (NCh 1511 of80) 115 G. Determinacin del desgaste de las gravas - mtodo de la mquina de Los ngeles (NCh 1369 of78) H. Determinacin de la desintegracin - mtodo de los sulfatos (NCh 1328 of77) 117 120

CAPTULO UNO 1.1 INTRODUCCIN

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Los ridos en sus diferentes formas se han usado desde siempre en aplicaciones muy variadas, tales como caminos, puentes, edificaciones, defensas, etc. En la prehistoria ya se constat el empleo de bloques para conformar marcos y habitaciones destinadas a protegerse del medio ambiente. Luego, en el perodo pre-cristiano existieron aplicaciones comprobadas de ridos para construir fortalezas y grandes edificaciones (por ejemplo las pirmides de Egipto y Amrica Central). En el comienzo de la Era Cristiana (400 a.C. - 500 d.C.), el Imperio Greco-Romano hizo un aprovechamiento magistral de los ridos en caminos, puentes, estadios y otras magnficas estructuras a lo largo de Europa, frica y Medio Oriente. En Amrica, los incas y los aztecas construyeron caminos, puentes, edificios y templos en base a ridos menores y bloques de roca adecuadamente tallados. En los siglos XIX y XX, hasta hoy, se ha diversificado la aplicacin de los ridos para satisfacer las crecientes necesidades de la humanidad, llegndose en la actualidad a consumos extraordinariamente masivos en todos los pases del mundo, generando en algunas vastas regiones el agotamiento de los yacimientos aprovechables. Usos tpicos actuales corresponden a dos grandes lneas: como producto final, o como materia prima para nuevos componentes. En un caso u otro, el rido ha pasado a ser un insumo imprescindible y bsico para muchos procesos constructivos de infraestructura y edificacin. Para el primer caso se cuentan las defensas fluviales, martimas o lacustres, escolleras, terraplenes, pedraplenes, carpetas de rodaduras, bases y sub-bases, balasto, mamposteras de piedra, rellenos estructurales y capas

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filtrantes. En estos casos el material tambin debe cumplir exigencias especficas de acuerdo a cada uso. Para el segundo caso, se cuentan los morteros, hormigones, mezclas y tratamientos asflticos, y bases granulares tratadas. Dada la conjuncin de varios componentes en uno nuevo, los requisitos de calidad son ms exigentes en este caso, dado que el producto final debe cumplir sus propios requisitos de aplicabilidad, siendo el rido slo uno de los componentes involucrados. Reconocido es que el desarrollo del pas pasa por la generacin constante de nueva infraestructura, necesaria para disminuir dficits histricos en viviendas en algunos casos, y para facilitar vas de comunicacin expeditas, generacin de energa, entre otros. Los ridos cumplen, en esta tarea, el rol de ser el material de construccin bsico que inicia a travs de sus diversas aplicaciones los procesos constructivos. Ya sea como material base para una carretera o va frrea, elementos de defensa en cauces y costas, o elemento constitutivo vital del hormign, mortero y asfalto. Para que los requerimientos esperados por los ridos se cumplan, es necesario probar sus propiedades a las solicitaciones y requisitos mnimos establecidos en las Normas Oficiales.1 Con respecto a la confeccin de hormigones en nuestro pas, la Norma NCh 163 fija en sus requisitos las condiciones necesarias para el uso de ridos en sus mezclas. En lo particular, estos requisitos, mencionan dos ensayos distintos que buscan de modo comn la calidad resistente intrnseca de los ridos. Estos ensayos son los siguientes: a) la resistencia al desgaste aplicando impactos y abrasin a los ridos empleando la Mquina de Los ngeles como lo indica la NCh 1369 of78 y1

La Norma Chilena NCh 163 expresa en su tabla 1 los requisitos generales para ridos utilizados en morteros y hormigones. Tambin en esta tesis en la tabla 2-2 p23.

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b) la resistencia a la desintegracin aplicando una solucin salina que, al pasar de un estado lquido a uno slido, aumenta su volumen solicitando por esta va al rido. Este ensayo emplea soluciones saturadas de sulfato y ser estudiada como lo indica la NCh 1328 of77.

Puesto que ambos ensayos persiguen una finalidad similar, sera posible esperar cierta vinculacin entre los resultados obtenidos de ellos. Esta inquietud es precisamente la motivacin al desarrollo de este estudio.

Particularmente en la confeccin de carpetas de caminos, carreteras, aeropuertos y puertos, as como en la utilizacin de ridos en vas frreas y en otras obras en que el hormign sea solicitado a fuerte roce y al impacto, as como a variaciones de temperaturas extremas; es necesario el estudio por separado de las condiciones de resistencia de estos ridos tanto a la abrasin y al desgaste por la Mquina de Los ngeles como tambin medir su resistencia a la desintegracin por el mtodo de los Sulfatos. La existencia de una vinculacin entre los valores de estos ensayos, que hasta el momento es una suposicin, implicara un ahorro sustancial tanto de tiempo de estudio como de recursos econmicos as tambin una simplificacin de esfuerzos humanos al encontrar los resultados de ambos ensayos con la realizacin de slo uno de ellos.

1.2 OBJETIVOS

OBJETIVOS PRINCIPALES:

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Entregar resultados para el ensayo de desintegracin con sulfatos realizando el ensayo de desgaste con la mquina de Los ngeles en un tiempo mucho menor que el habitual.

Entregar resultados para el ensayo de desgaste por el mtodo de la mquina de Los ngeles realizando el ensayo de desintegracin de los ridos mediante sulfato de sodio anhidro sin requerir el uso de la mquina.

OBJETIVOS SECUNDARIOS: Reducir los costos en proyectos que impliquen el estudio de ridos tanto a desgaste como a desintegracin ya que sera necesario realizar solo uno de estos ensayos, el ms econmico, para obtener el resultado de ambos.

Reducir los tiempos de estudios en proyectos que impliquen conocer las caractersticas de los ridos al ser sometidos a desgaste como a desintegracin, ya que sera posible conocer los resultados de ambos ensayos con solo realizar uno de ellos, el que requiera menor tiempo.

Presentar los elementos y los procedimientos necesarios para la implementacin que debe poseer el laboratorio de mecnica de suelos y hormigones de la Universidad de Valparaso para realizar adecuadamente los ensayos de desgaste de ridos con la mquina de Los ngeles y la desintegracin por el mtodo con Sulfato de Sodio. 1.3 LIMITACIONES DE ESTE ESTUDIO

Este estudio est limitado por los siguientes aspectos:

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-

Los ridos utilizados en esta experiencia sern provenientes del ro Aconcagua, especficamente de la planta procesadora de ridos Maggi de Con-Con.

-

Los tamaos con los cules se realizar este estudio estn entre 40 a 5mm.

Estas restricciones indican que los resultados y conclusiones obtenidas en esta tesis corresponden solamente a estos ridos, pero que de todos modos, son del tipo mayormente utilizados en la confeccin de hormigones en la Quinta Regin. Adems, la posible vinculacin obtenida ser estudiada con las recomendaciones y requerimientos que especifican las Normas Chilenas relativas al uso de ridos para morteros u hormigones, por lo tanto, los resultados y recomendaciones obtenidos desde este estudio sern utilizables slo para el uso de estos ridos en mezclas para formar hormigones.

Finalmente, los estudios correspondientes a la desintegracin sern efectuados con Sulfato de Sodio Anhidro y no con Sulfato de Magnesio como podra realizarse, por lo tanto, las posibles experiencias posteriores que utilicen este estudio para estimar desgaste desde la desintegracin del rido grueso del ro Aconcagua, debern realizarse slo con este reactivo.2

1.4 ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIN DE ESTE ESTUDIO.

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Esta limitante se refiere al alcance realizado en la NCh 1328 sobre el uso de sulfato de sodio o sulfato de magnesio para realizar el ensayo de desintegracin, la cul indica que el uso de una u otra sal es alternativo, pero sus resultados no son comparables.

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La NCh 1369 of78 Determinacin del desgaste de las gravas Mtodo de la mquina de Los ngeles, tiene como objetivo determinar el porcentaje de prdida de masa perdido por rido grueso, utilizado en la confeccin de morteros y hormigones, sometido al impacto y a la abrasin.

La NCh 1328 of77 ridos para morteros y hormigones - Determinacin de la desintegracin - Mtodo de los sulfatos, tiene como objetivo determinar el porcentaje de prdida de masa perdido por ridos, utilizados en la confeccin de morteros y hormigones, ante el efecto de hielo y deshielo.

Por lo tanto, este estudio esta destinado a vincular las propiedades de desintegracin y desgaste de rido grueso proveniente del ro Aconcagua entre 5 a 40mm para ser utilizadas en obras en que el hormign est sometido a impacto y abrasin como al efecto de hielo y deshielo.

CAPTULO DOS

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2.1 GENERALIDADES DE LOS RIDOS En este captulo se revisarn: las caractersticas de los ridos tanto en su aspecto geolgico, y los requerimientos necesarios para utilizar ridos en la construccin para formar mezclas con morteros u hormigones. 2.1.1 Naturaleza geolgica de los ridos Generalmente los ridos utilizados en la construccin se encuentran en la naturaleza en forma de rocas. Estas rocas pueden estar totalmente constituidas por un solo mineral, como: azufre, sal, yeso, caliza o varios, que es lo ms frecuente. Como las rocas son generalmente conglomerados de minerales, sus propiedades dependen de, la cantidad, naturaleza, tamao del rido y disposicin relativa de sus componentes. La petrografa (del griego petra, roca y graphas describir) es la rama de la geologa que estudia el origen y carcter de las rocas. Son tan numerosas las clases y variedades de rocas existentes que resulta difcil establecer lneas precisas de separacin entre los diferentes tipos que se conocen. La identificacin de una muestra de roca implica la determinacin de sus propiedades fsicas, qumicas, cristalogrficas y pticas, as tambin como la composicin qumica de sus componentes. Pueden obtenerse buenos resultados mediante el examen de secciones delgadas al microscopio polarizador; el anlisis radiogrfico de la roca pulverizada y el anlisis de los mtodos de la microqumica. La sntesis artificial de rocas en el laboratorio suministra nuevos datos, muy valiosos adems, para determinar el origen probable.

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A pesar de lo difcil que es hacer una categorizacin de las rocas, es posible clasificarlas segn su origen en tres grandes grupos: Rocas eruptivas o gneas, sedimentarias y metamrficas.

- ROCAS IGNEAS Se originan a partir de un magma (rocas fundidas a muy alta temperatura). El trmino gneo deriva del latn igneus, es decir, ardiente. Las rocas gneas se solidifican cuando se enfra el magma, sea bajo tierra o en la superficie. Las ms antiguas tienen al menos 3.960 millones de aos, mientras que las ms jvenes apenas se estn formando en estos momentos. El granito es la roca gnea ms corriente, aunque existen ms de 600 tipos. Hay dos tipos de rocas gneas que se distinguen porque en un caso el magma alcanza la superficie terrestre antes de enfriarse y endurecerse, y en el otro no. El magma que cristaliza bajo tierra forma rocas gneas intrusivas. El que alcanza la superficie antes de solidificarse forma las rocas gneas extrusivas. ROCAS GNEAS INTRUSIVAS: Las rocas gneas que se forman en

profundidad se enfran ms lentamente que las formadas en superficie, por lo que tienden a ser de grano ms grueso y no contienen inclusiones gaseosas o de vidrio. Los grandes cristales normalmente se empaquetan de forma compacta, confiriendo un aspecto granuloso a la roca. Hay dos tipos de rocas gneas intrusivas. Las hipo-abisales se forman justo debajo de la superficie, normalmente en diques y sills. Las rocas plutnicas se forman a mayor profundidad y se emplazan en forma de plutones y batolitos. Las rocas gneas intrusivas quedan expuestas a la superficie si las rocas que las cubren desaparecen por efecto de la erosin.

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-

ROCAS GNEAS EXTRUSIVAS: Si el magma alcanza la superficie

terrestre antes de enfriarse, forma rocas gneas extrusivas de grano fino, tambin llamadas rocas volcnicas, ya que el magma surge por los volcanes. Las rocas gneas extrusivas tienen formas fluidas y cristales de poco tamao que crecen rpidamente, y suelen contener inclusiones de vidrio y de gas. COMPOSICIN: Las rocas gneas estn compuestas esencialmente por silicatos, generalmente ortosa, plagioclasa, cuarzo, mica biotita, olivino, anfboles y piroxenos. Cada tipo de roca gnea contiene distintas proporciones de estos minerales. CLASIFICACIN: Las rocas gneas se clasifican segn la cantidad de slice que contienen. Tambin se pueden agrupar por el tamao de los cristales. El tipo de magma, la forma en que viaja hasta la superficie y la velocidad de enfriamiento determinan la composicin y caractersticas como el tamao del grano, la forma de los cristales y el color. El tamao del grano indica si una roca gnea es intrusiva (de grano grueso) o extrusiva (de grano fino). Las primeras, como el gabro, tienen cristales de ms de 5mm de dimetro; las rocas de grano medio, como la dolerita, tienen cristales de entre 0,5 y 5mm de tamao; por ltimo, las de grano fino, como el basalto, tienen cristales de menos de 0,5mm. La forma de los cristales es otro indicador del origen de la roca. Un enfriamiento lento permite que los minerales tengan tiempo de desarrollar cristales bien formados (idiomrficos). Un enfriamiento rpido slo permite la aparicin de cristales mal formados (alotriomrficos). El color puede ayudar a establecer la composicin qumica de una roca. Las cidas de color claro contienen ms del 65 por ciento de slice. Las bsicas son oscuras, tienen un bajo contenido en slice y una mayor proporcin de minerales ferro-magnesianos oscuros y densos como la augita. Las intermedias se sitan entre las dos anteriores en cuanto a composicin y, por lo tanto, tambin en color.

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IMAGEN 2-1: Tipos de rocas gneas

- ROCAS SEDIMENTARIAS Se forman en la superficie terrestre o cerca de ella. Normalmente, la roca se fragmenta y se disuelve por accin de la meteorizacin y la erosin, las partculas se sedimentan y los minerales disueltos cristalizan a partir del agua y forman sedimentos. Los componentes de la roca fragmentada son

transportados por el agua y el hielo y, enterrados a poca profundidad, se convierten en nuevas rocas. Las rocas sedimentarias se disponen en capas, las ms recientes situadas sobre las ms antiguas, lo que permite a los gelogos conocer la edad relativa de cada capa. Las rocas sedimentarias suelen contener fsiles, que pueden ser de utilidad tanto para datar las rocas como

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para determinar su origen. Existen tres grupos principales: orgnicas, detrticas y qumicas. ROCAS SEDIMENTARIAS ORGNICAS: Las rocas sedimentarias

orgnicas se forman a partir de restos vegetales o animales. Por lo general contienen fsiles, y algunas estn compuestas casi ntegramente de restos de seres vivos. Por ejemplo, el carbn se forma a partir de capas de material vegetal comprimido. La mayor parte de la piedra caliza procede de restos de criaturas marinas. ROCAS SEDIMENTARIAS DETRTICAS: Las rocas sedimentarias

detrticas estn constituidas por partculas de rocas ms antiguas que pueden estar situadas a cientos de kilmetros. Las rocas de origen se fragmentan debido a la lluvia, la nieve o el hielo, y las partculas resultantes son arrastradas y depositadas como sedimentos en desiertos, en playas o en los lechos de ocanos, lagos y ros. Las rocas detrticas se clasifican de acuerdo con el tamao de las partculas que contienen. La arenisca es un ejemplo de roca sedimentaria detrtica. ROCAS SEDIMENTARIAS QUMICAS: Las rocas sedimentarias

qumicas se forman a partir de minerales disueltos en el agua. Cuando el agua se evapora o se enfra, los minerales disueltos pueden precipitar y formar depsitos que pueden acumularse con otros sedimentos o formar rocas por su cuenta. Las sales son un ejemplo habitual de rocas sedimentarias qumicas. FORMACIN DE ROCAS SEDIMENTARIAS: El proceso que convierte

los sedimentos no consolidados en roca se denomina litificacin. A diferencia de las rocas metamrficas, las sedimentarias se forman cerca de la superficie terrestre, bajo presiones y temperaturas relativamente bajas. Los sedimentos ms antiguos quedan enterrados bajo las nuevas capas y se van endureciendo

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gradualmente por la compactacin y la cementacin. La compresin que sufren esos sedimentos para formar rocas se denomina compactacin. A medida que se van amontonando las capas de sedimentos, las ms inferiores van quedando aplastadas por el peso de las superiores. El grado de compresin que pueden soportar depende del tipo de sedimento. El sedimento de grano fino se puede reducir a una dcima parte de su grosor original en un proceso del que se obtiene la argilita (roca constituida por arcillas), mientras que la arena se puede comprimir muy poco. Los sedimentos suelen contener una gran cantidad de agua entre las partculas que se expulsan durante la compactacin. Los componentes minerales disueltos pueden cristalizar a partir de esa agua y cementar los sedimentos. Los cementos minerales ms comunes son la calcita y el cuarzo. CLASIFICACIN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS: La apariencia de

una roca sedimentaria queda determinada por las partculas que contiene. Caractersticas como el tamao y la forma del grano o la presencia de fsiles pueden ayudar a clasificar este tipo de rocas. El tamao de los granos de las rocas sedimentarias vara mucho, desde grandes cantos hasta las minsculas partculas de arcilla. Los conglomerados y las brechas, compuestos de guijarros y cantos rodados, son las rocas sedimentarias de grano ms grueso; la arenisca est formada por partculas del tamao de granos de arena y el esquisto es la roca sedimentaria de grano ms fino. La forma de los granos que integran las rocas sedimentarias depende de cmo stos se han transportado. La erosin del viento crea partculas de arena esfricas y guijarros angulosos. La del agua origina partculas de arena angulosas y guijarros esfricos. Los fsiles son restos animales o vegetales conservados en capas de sedimentos. El tipo de fsil que contiene una roca indica su origen. Por ejemplo, un fsil marino sugiere que la roca se form a partir de sedimentos depositados en el

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lecho ocenico. Los fsiles suelen aparecer principalmente en rocas sedimentarias, nunca en las gneas y raramente en las metamrficas.

IMAGEN 2-2: Tipos de rocas sedimentarias

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- ROCAS METAMRFICAS En la profundidad de la corteza terrestre, las temperaturas y las presiones son altsimas. Dentro de nuestro planeta, el grupo de minerales que compone una roca se puede transformar en otro que sea estable a presiones y temperaturas superiores. Las rocas situadas cerca de un cuerpo de magma caliente se pueden transformar por la accin del calor. Las rocas que han sido enterradas a gran profundidad por la accin de placas tectnicas convergentes pueden transformarse por el aumento de la presin y de la temperatura. Ese cambio se denomina metamorfismo, un proceso que puede modificar cualquier tipo de roca, sea sedimentaria, gnea o incluso metamrfica. Por ejemplo, la piedra caliza, que es sedimentaria, puede convertirse en mrmol, y el basalto, que es gneo, en una roca verde, anfibolita o eclogita. TEMPERATURA Y PRESIN: Cuanto mayor sea la profundidad a la que

est enterrada una roca, ms presin y mayor temperatura soportar. Con cada kilmetro de profundidad la temperatura aumenta unos 25C y la presin, unas 250 atmsferas. El aumento de la temperatura y de la presin puede transformar las rocas en dos aspectos: pueden cambiar el conjunto de los minerales presentes en la roca preexistente (la paragnesis) y formar un conjunto nuevo, y tambin pueden cambiar el tamao, la forma y la disposicin de los cristales en la roca. Ambos procesos pueden causar la destruccin de los cristales preexistentes y generar cristales nuevos por recristalizacin. El metamorfismo tiene lugar con temperaturas de 250 a 800C; con temperaturas superiores a 650C, las rocas se pueden fundir para formar magma y una roca "mixta" denominada migmatita. METAMORFISMO REGIONAL: A medida que se forman las montaas,

grandes cantidades de roca se deforman y se transforman debido a un proceso

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llamado metamorfismo regional. Las rocas enterradas a poca profundidad descienden a mayores profundidades, donde a temperaturas y presiones superiores se pueden formar nuevos minerales. Una zona que ha sufrido el proceso de metamorfismo regional puede ocupar miles de kilmetros cuadrados. Este tipo de metamorfismo se clasifica en grado bajo, medio y alto en funcin de las temperaturas alcanzadas. La pizarra, el esquisto y el gneis son ejemplos de rocas afectadas por el metamorfismo regional. METAMORFISMO DE CONTACTO: El metamorfismo de contacto se da

cuando las rocas son calentadas por un cuerpo de magma. Los fluidos liberados por ese proceso pueden atravesar las rocas y seguir

transformndolas. La zona afectada situada en torno a una intrusin gnea o un flujo de lava se denomina aureola. Su tamao depende del de la intrusin y de la temperatura del magma. Los minerales de la roca original pueden transformarse de modo que la roca metamrfica resultante sea ms cristalina, y en el proceso pueden desaparecer componentes, como los fsiles. Las corneanas son el resultado habitual del metamorfismo de contacto. METAMORFISMO DINMICO: El metamorfismo dinmico es una forma

secundaria de metamorfismo que se da cuando las rocas son comprimidas a causa de los grandes movimientos de la corteza terrestre, en especial a lo largo de sistemas de fallas. Grandes masas de roca se superponen a otras rocas y, en los puntos donde entran en contacto, se forman unas rocas metamrficas denominadas milonitas. CLASIFICACIN DE LAS ROCAS METAMRFICAS: Las rocas

metamrficas presentan una serie de caractersticas comunes. El anlisis de la estructura, el tamao del grano y el contenido mineral puede ayudar a clasificar estas rocas. El trmino textura hace referencia a cmo se orientan los minerales

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en el seno de una roca metamrfica. La orientacin de los cristales indica si la roca se ha formado como consecuencia de un aumento de presin y de temperatura, o bien, slo por un incremento de esta ltima. En las rocas metamrficas de contacto, los minerales suelen estar ordenados al azar. En las de metamorfismo regional, la presin a la que se ha visto sometida la roca suele provocar que determinados minerales se alineen. El tamao de los cristales refleja el grado de calor y presin al que se ha expuesto la roca. En general, cuanta ms alta hayan sido la presin y la temperatura, mayores sern los cristales. Por ejemplo, la pizarra, que se forma bajo poca presin, es de grano fino; el esquisto, que se forma a temperaturas y presiones moderadas, es de grano medio; y el gneis, formado a altas temperaturas y presiones, es de grano grueso. La presencia de determinados minerales en las rocas metamrficas puede ayudar en el proceso de identificacin. El granate y la cianita se dan en el gneis y el esquisto, mientras que en la pizarra suelen encontrarse cristales de pirita.

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2.1.2

IMAGEN 2-3: Tipos de rocas metamrficas.

PROPIEDADES Y REQUISITOS DE LOS RIDOS EN LA CONSTRUCCIN

QU SON LOS RIDOS? Los ridos son partculas granulares de material ptreo de tamao variable. Este material se origina por fragmentacin de las distintas rocas de la

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corteza terrestre, ya sea en forma natural o artificial. En este ltimo caso actan los procesos de chancado utilizados en las respectivas plantas de ridos. En general, la arena y la grava se extraen directamente de los lechos o las riberas de los ros, en cuyo caso predominan los elementos redondeados, en tanto que las rocas mayores deben ser procesadas antes de poder incorporarlas como agregados. El material que es procesado, corresponde principalmente a minerales de caliza, granito, dolomita, basalto, arenisca, cuarzo y cuarcita. En trminos generales, los ridos se pueden definir como el conjunto de fragmentos de materiales ptreos suficientemente duros, de forma estable e inerte de los cementos y mezclas asflticas, que se emplean en la fabricacin del mortero y del hormign y bases estabilizadas cumpliendo una serie de requisitos dados en las normas. Los ridos, se definen como materiales compuestos de partculas de origen ptreo, duras, de forma y tamao estables. Se denominan o clasifican segn su tamao y textura superficial de sus partculas y a su mtodo de abastecimiento.

CLASIFICACIN DE LOS RIDOS A) CLASIFICACIN SEGN TAMAO

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Actualmente, los ridos se clasifican segn el tamao de las partculas que lo componen, de acuerdo al siguiente criterio: Grava: rido cuyas partculas tienen tamaos comprendidos entre 40 y 5mm. Arena: rido cuyas partculas tienen tamaos comprendidos entre 5 y 0.16mm.

B) CLASIFICACIN SEGN TEXTURA SUPERFICIAL DE LAS PARTCULAS rido chancado (rido tratado): Aquel rido proveniente de un proceso industrial. Normalmente chancado o triturado, separado por tamaos y lavado. Sus partculas presentan caras rugosas y de forma irregular, pero cercanas a una forma cbica. rido rodado (rido natural): Aquel rido que proviene de ros o emprstitos naturales. Su proceso de produccin contempla bsicamente la separacin por tamaos y el lavado. Sus partculas presentan caras lisas y de forma redondeada.

C) CLASIFICACIN SEGN LA FUENTE DE YACIMIENTO3

Bancos de sedimentacin: Son los bancos construidos artificialmente para embancar el material, ya sea fino o grueso, que arrastran los ros. Cauce de ro: Corresponde a la extraccin desde el lecho del ro, en los cules se encuentra material arrastrado por el escurrimiento de las aguas.

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Esta clasificacin corresponde a la expuesta por el Dr. Ing. Luis Ebensperger M., Secretario Tcnico de la Comisin Nacional de ridos de la Corporacin de Desarrollo Tcnico en el artculo Los ridos en la Construccin de la revista BIT, edicin especial de Mayo de 2003

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Pozos secos: zonas de antiguos rellenos aluviales en valles cercanos a ros.

Canteras: Es la explotacin de los mantos rocosos o formaciones geolgicas, donde los materiales se extraen usualmente desde cerros mediante tronaduras y perfilajes.

Las extracciones pueden ser de ndole artesanal, con equipos rudimentarios, o mecanizadas con maquinarias que permiten el manejo de grandes volmenes.

IMAGEN 2-4: Usos de los ridos en la construccin QU ROL CUMPLEN LOS RIDOS EN EL HORMIGN? La historia evidencia que el objetivo de las primeras mezclas precursoras del hormign era reconstituir la piedra original, utilizada en las construcciones

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de las primeras civilizaciones. Para ello se unan fragmentos de piedra con un cierto material que actuaba como pegamento. Actualmente, los fragmentos de piedra son nuestros ridos y el pegamento es la pasta de cemento (mezcla de cemento y agua). Desde esta perspectiva, los ridos deben conformar el esqueleto o estructura base del hormign. Este esqueleto debe ser lo ms robusto, grande e inerte posible. Es decir, en cada unidad volumtrica de hormign debe existir la mayor cantidad posible de ridos y con el mayor tamao compatible con los dems requisitos que deba cumplir la mezcla. De esta forma se obtendr el hormign ms estable y econmico. A pesar de ser considerados como un verdadero relleno o agregado para el hormign, nunca debemos menospreciar la importancia de los ridos. Sus caractersticas, buenas o malas, se transmitirn directamente al hormign del cul forman parte. Normalmente, ocupan alrededor de un 75% del volumen total del hormign, y por lo tanto, es fcil entender su importancia relativa.

IMAGEN 2-5: Volumetra aproximada del hormign CUL NECESIDAD DE UTILIZAR RIDOS EN EL HORMIGN? Disminuye el costo por unidad de volumen de hormign. ES LA

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Disminuyen las retracciones.4

SON MEJORES LOS RIDOS RODADOS O LOS CHANCADOS? Depende. El empleo de ridos rodados en vez de chancados resultar, por lo general, en menor cantidad de agua de amasado para lograr la misma trabajabilidad (medida por asentamiento de cono). As, la relacin A/C resultar menor pudiendo lograr mayor resistencia mecnica con igual dosis de cemento. La menor cantidad de agua requerida se explica por la menor trabazn y/o facilidad de acomodacin entre partculas rodadas que las chancadas, y por la menor superficie especfica del rido rodado (se requerir menor cantidad de agua para cubrirlo). Sin embargo, la experiencia ha mostrado que la adherencia entre la pasta de cemento y la superficie del rido rodado (suave y/o lisa) es menor que la obtenida en la superficie del rido chancado (spera y/o rugosa). La fuerza de adherencia pasta-rido es un parmetro clave en la resistencia mecnica de los hormigones, sobre todo en la resistencia a flexin. La investigacin y experiencia acumulada ha mostrado que para producir hormigones de resistencias a compresin de hasta unos 200kg/cm 2 (grado H20) el utilizar ridos rodados o chancados ser indiferente desde el punto de vista econmico y tcnico. Para mayores niveles de resistencia ser cada vez ms indicado el uso de ridos chancados. De hecho, para hormigones de grado H40 y superiores, es indispensable el uso de ridos chancados. TABLA 2-1. Requisito granulomtrico de ridos segn Nch1635

4

Se llama retraccin a la disminucin de volumen que experimenta el hormign y otros materiales como consecuencia de su proceso de fraguado, endurecimiento o desecacin. La retraccin es mayor en el hormign mientras ms rica en cemento es su dosificacin. Definicin del Curso Elemental de Edificacin del Prof. Euclidez Guzmn, Captulo VIII, El Hormign Armado p.177. 5 Se incluyeron en esta tabla solo los valores de las granulometras para la grava que sern utilizadas para este estudio. Otras granulometras recomendadas para rido grueso se encuentran en la NCh 163 en su tabla 3 Granulometra para la grava.

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TAMIZASTM INN (mm) (pulgadas)

% ACUMULADO QUE PASA Grava 40 a 20mm 100 90 100 20 55 0 15 05 Grava 20 a 5mm Arena 5 a 0.16mm

QU

2 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50

50 40 25 20 12.5 10 5 2.5 1.25 0.63 0.315

100 90 100 20 55 0 10 05

100 95 100 80 100 50 85 25 60 10 30

REQUISITOS DEBEN CUMPLIR LOS RIDOS? En general los ridos utilizados para la fabricacin de hormigones deben cumplir lo sealado en su definicin: deben estar compuestos por partculas duras, limpias, de forma y tamao estables. La norma chilena NCh 163 ridos para morteros y hormigones Requisitos generales especifica estos requerimientos. Adicionalmente a los requerimientos bsicos, la norma especifica tambin otros requerimientos especficos como el contenido mximo de partculas desmenuzables, partculas blandas, carbn y lignito, resistencia a la desintegracin y la resistencia al desgaste. Estas caractersticas deben ser verificadas cuando se tenga duda sobre el efecto de los ridos en el buen comportamiento del hormign para una aplicacin particular. Los requerimientos necesarios de los ridos se encuentran en la tabla 2-2.

TABLA 22. Requisitos generales de los ridos segn NCh 163.REQUISITOS Fino por lavado (Material fino menor que 0.080mm) (nota 1) a) Hormign sometido a desgaste 0.5% 3.0% GRAVA ARENA

VALORES MXIMOS

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b) Otros hormigones Impurezas orgnicas (nota 2), referidas a color lmite segn patrn Granulometra Partculas desmenuzables Partculas blandas Absorcin de agua (porosidad) (nota 8) Cloruros, expresado como Cl- (nota 3 y 6) a) Hormign armado (o acero embebido en hormign) b) Hormign pretensado Sulfatos y sulfuros, SO4-2 (notas 4, 5 y 6) a) Sulfatos solubles en agua b) Sulfuros oxidables Carbn y lignito a) Para hormign a la vista b) Para cualquier otro hormign Resistencia a la desintegracin (prdida de masa en 5 ciclos de inmersin y secado) (nota 7) a) Con sulfatos de sodio b) Con sulfatos de magnesio Resistencia al desgaste. Mquina de Los ngeles a) Para hormign sometido a desgaste b) Para cualquier otro hormign Coeficiente volumtrico medio a) ridos de tamao mximo absoluto mayor que 25mm - Para hormign simple - Para hormign armado b) ridos de tamao mximo absoluto menor que 25mm - Para hormign simple - Para hormign armado

1.0% -

5.0% Amarillo claro

VER TABLA N. 2-1 5.0% 5.0% 2.0% 3.0% 3.0%

1.20 (kg/m3 de hormign) 0.25 (kg/m3 de hormign) 0.60 (kg/m3 de hormign) 1.80 (kg/m3 de hormign) 0.5% 1% 0.5% 1%

12% 18%

10% 15%

40% 50%

-

VALORES MMINOS

0.15 0.20

-

0.12 0.15

-

A continuacin se incluirn las notas correspondientes a la TABLA 2-2 a modo de completar la informacin de la misma.

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Nota 1: Para los ridos tratados por trituracin, los lmites se subirn a 1.0% y 1.5% respectivamente en la grava y a 5% y 7% respectivamente en la arena. Cuando no se cumpla este requisito se debe decidir en base al ensayo equivalente de arena, segn NCh 1325, el cul debe entregar un valor mayor que 75%, o bien realizar ensayos comparativos segn NCh 1502. Nota 2: El color lmite est fijado por un color patrn. Cuando la mayor coloracin se deba a la presencia de carbn o lignito que no excedan de los lmites indicados en el requisito de contenido mximo de sulfatos y sulfuros, la arena podr aceptarse si sometida al ensayo comparativo de la NCh 1502 se obtiene una resistencia relativa igual o mayor al 95%. Nota 3: Para cuantificar el contenido de cloruros se debe considerar el aporte proporcional de la arena y de la grava en 1m3 de hormign elaborado. Cuando haya aporte de cloruros de los dems componentes del hormign (agua de amasado, cemento, aditivos) los lmites de la tabla deben considerar tambin dichos aportes. Nota 4: Para cuantificar los contenidos de sulfatos y sulfuros oxidables se debe considerar el aporte proporcional de la arena y la grava en 1m3 de hormign. Cuando haya aportes de sulfatos y/o sulfuros de los dems componentes del hormign (excluyendo el cemento) los lmites de la tabla deben considerar tambin dichos aportes. Nota 5: El lmite de sulfuros est basado en el comportamiento de ridos de la zona central del pas los cules, con contenidos similares de sulfuros, no han presentado reacciones perniciosas en servicio. Nota 6: Siempre que exista riesgo de corrosin de armaduras y/o desintegracin del hormign es necesario establecer en las especificaciones tcnicas las precauciones necesarias para su proteccin (ver NCh 170, anexo H, Hormigones en ambientes agresivos). Al efecto, es recomendable asesorarse por entidades o personas especializadas en el tema. Nota 7: El ensayo es optativo con cualquiera de ambas sales. En caso de incumplimiento se recomienda decidir en base a ensayo de congelacin y deshielo sobre probetas de hormign aceptando una prdida de masa igual o menor al 25% en 300 ciclos. Nota 8: En caso de incumplimiento de este requisito se recomienda efectuar ensayos sobre muestras de prueba. Para hormigones en zonas de clima severo se recomienda efectuar, adems, ensayos de congelacin y deshielo sobre probetas de hormign aceptando una prdida de masa igual o menor al 25% en 300 ciclos.

Un requisito importante es el contenido de partculas lajeadas o alargadas, las cuales son muy perjudiciales para el hormign (coeficiente volumtrico medio). Estas partculas por ser esbeltas son estructuralmente menos resistentes y formarn un hormign frgil cuando su concentracin sea excesivamente superior a la cantidad de partculas rodadas. Por lo tanto se espera que, para conformar un hormign resistente, exista un perfecto equilibrio entre la trabazn otorgada por las partculas lajeadas y la resistencia estructural de las partculas rodadas. CUL ES EL TAMAO MXIMO DEL RIDO RECOMENDADO PARA UN HORMIGN?

30


Dadas las dimensiones usuales de los elementos de hormign (losas, pilares, cadenas, pavimentos, muros, etc.) y el espaciamiento de sus armaduras, rara vez es posible usar ridos con partculas de tamao superior a 40mm, simplemente porque el rido quedar atrapado o se dificultar el correcto llenado de los moldajes. En elementos con dimensin libre superior a 30cm y con densidad normal de armaduras, puede usarse rido de 50mm o ms, previa revisin del caso. Para elegir el tamao del rido se puede seguir la recomendacin de la norma chilena NCh 170, que estipula que el tamao mximo nominal debe ser igual o inferior que el menor de los siguientes valores: a) moldajes; b) c) Tres cuartos (3/4) de la menor distancia libre entre armaduras; Un tercio (1/3) del espesor de losas armadas. Cuando se trate de hormigones en condiciones especiales, como elementos prefabricados, elementos muy armados, elementos laminares o con armaduras muy prximas, losas de pavimentos, albaileras armadas, etc., el tamao mximo nominal a utilizar debe calcularse considerando estas condiciones. En elementos con hormign a la vista se recomienda emplear, para cualquier tipo de rido, un tamao mximo nominal que sea inferior a 1.5 veces el espesor del recubrimiento, es decir, la distancia entre el moldaje y la armadura ms prxima. Un quinto (1/5) de la menor distancia libre entre las paredes de los

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IMAGEN 2-6: Tamao mximo de los ridos segn la distancia entre moldajes, armaduras y el espesor de la losa, segn NCh 170.

6

6

Las recomendaciones del tamao mximo del rido para la fabricacin de hormigones segn el espaciamiento a hormigonar se encuentran en la NCh 170 en el punto 6.3.

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SE PUEDEN USAR EN HORMIGONES LOS RIDOS QUE NO CUMPLEN LOS REQUISITOS DE LA NORMA CHILENA NCh 163? Independientemente si determinados ridos cumplen o no los requisitos estipulados en la norma NCh 163, el comportamiento de los hormigones de prueba confeccionados con dichos ridos ser definitorio para su aceptacin o rechazo. En muchas ocasiones se han encontrado ridos con caractersticas anormales o fuera de norma, sin embargo, mezclas de prueba confeccionadas con estos ridos han demostrado una buena aptitud al verificarse que los hormigones cumplen con las especificaciones de la obra. La situacin inversa es de rara ocurrencia. Es decir, ridos que cumplen con requisitos de la norma, tpicamente sern aptos para la confeccin de hormigones.

QU SE DEBE CONSIDERAR AL MOMENTO DE ELEGIR LOS RIDOS? a) Deben preferirse ridos de calidad conocida, normalmente de

proveedores o plantas establecidas formalmente, que anteriormente hayan abastecido obras con buenos resultados. b) Se debe tener certeza que los ridos poseen la calidad requerida de

modo que los hormigones cumplan las especificaciones del proyecto, particularmente si existen requisitos especiales como altas resistencias mecnicas, resistencia a la abrasin o al desgaste, resistencia a los ciclos hielodeshielo, etc. c) El proveedor de ridos debe ser capaz de certificar sus materiales al igual

que cualquier otro producto.

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d)

Es fundamental contar con un abastecimiento de ridos de calidad

homognea. Toda variacin en la calidad del rido ser transmitida directamente al hormign. e) Si existen dudas con respecto de la calidad de los ridos, se deben

confeccionar mezclas de prueba en laboratorio y en terreno para verificar su aptitud.

QU CONTROLES SE DEBE HACER A LOS RIDOS EN OBRA? Una vez elegido un determinado proveedor de ridos, se debern verificar todas las propiedades relevantes para el proyecto al comienzo de la obra. Si los ridos provienen durante todo el transcurso de la obra de un mismo emprstito o planta, sus constantes fsicas (densidad real, absorcin y tenacidad) permanecern constantes. Por tanto, en obra debe verificarse:

Variaciones granulomtricas. Finos por lavado. Forma de cada rido (contenido de partculas lajeadas o alargadas).

CON QU FRECUENCIA SE DEBEN CONTROLAR LOS RIDOS EN OBRA? Se pueden establecer diversos criterios de control de ridos en obra, como fijar una cantidad de muestras cada cierto volumen de rido acopiado o cada cierto volumen de hormign producido. Sin embargo, una muestra de rido obtenida del ltimo despacho (camin de 8m3 por ejemplo) no representar necesariamente al despacho anterior y que ya fue usado para fabricar hormigones. Por ello, lo ms recomendable es establecer controles a la

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recepcin de cada camin, inspeccionndolo visual y manualmente, y realizando ensayos muy sencillos a cada partida, comparndola adems con el material que ya se encuentra en los acopios. Visualmente y al tacto se pueden detectar variaciones de tamao y forma de los ridos gruesos y tamao de ridos finos. Lavando y dejando reposar una muestra de arena en una probeta puede servir para estimar el contenido de finos que posee. Obviamente, la persona que realiza estos chequeos debe estar capacitada, tener experiencia en el tema y actuar criteriosamente.

Cuando existan claras diferencias de calidad entre el material recibido y el acordado, el despacho debe ser rechazado. Si hay dudas fundadas al respecto de un determinado material, el despacho se puede acopiar separadamente hasta verificar su aptitud mediante anlisis realizado en laboratorio. Sin perjuicio de lo anterior, se recomienda que los muestreos de cada material deban realizarse como mnimo cada 800 o 1000m 3 de hormign elaborado, considerando anlisis completo en laboratorio. Es muy importante declarar y acordar con el proveedor de los ridos la realizacin de estos controles.

QU HACER CON LOS RESULTADOS DE LOS CONTROLES Y ANLISIS DE LABORATORIO? Los controles peridicos de ridos permitirn mantener en obra un registro histrico de sus propiedades, que debe ser informado al diseador de las dosificaciones para que ste evale la necesidad de ajustar las mezclas si fuese necesario.

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CAPTULO TRES

3.1 DISEO DE LA EXPERIENCIA Este captulo est destinado a presentar la forma en que se estudiarn los datos resultantes de los ensayos de desintegracin y desgaste de los ridos. Primero se mostrar el mtodo que indicar el ndice de vinculacin de las variables correlacin y posteriormente se explicar la forma de obtener una funcin de relacin entre estas variables que slo ser efectiva si la vinculacin entre ellas es alta.

3.1.1 SELECCIN DE LAS VARIABLES DE ESTUDIO Las tablas 3-1 y 3-2 indican las variables porcentaje de prdida de masa por desgaste o desintegracin de las muestras ensayadas (en este caso de manera simblica):

Tabla 3-1. Forma de obtener los resultados del ensayo de desgaste con la mquina de Los ngeles.NCH 1369 OF78 (MTODO DE LA MQUINA DE LOS NGELES) GRUPOS Y TAMAO DE PARTCULAS (mm) PORCENTAJE DE PRDIDA DE MASA GRADO N3 40 20 %A1 GRADO N4 40 10 %A2 GRADO N5 20 10 %A3 GRADO N6 10 5 %A4

Tabla 3-2. Forma de obtener los resultados del ensayo de desintegracin con el mtodo de los Sulfatos.NCH 1328 OF77 (DESINTEGRACIN POR MTODO DE LOS SULFATOS) GRUPOS Y FRACCIN N2 Y FRACCIN N2 FRACCIN N3 FRACCIN N4 TAMAO DE N3 PARTCULAS 40 20 40 10 20 10 10 5 (mm) PORCENTAJE DE PRDIDA DE %B1 %B2 %B3 %B4 MASA

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Las muestras de ridos se denominarn grados como lo indica la Nch1369 of78 en el ensayo para medir el desgaste y se denominan como fracciones segn lo indica la Nch1328 of77 en el ensayo para medir la desintegracin, segn los rangos de tamaos de las muestras indicadas. De las tablas 3-1 y 3-2 se observa que los resultados de ambos ensayos sern porcentajes de prdida de masa de los ridos en estudio. Aqu se indica como %A1, %A2, %A3 y %A4, a los porcentajes de prdida de masa provenientes de ensayar las muestras de ridos por el mtodo de desgaste con la mquina de Los ngeles; as tambin se designa %B1, %B2, %B3 y %B4, a los porcentajes de prdida de masa provenientes de ensayar las muestras de ridos por el mtodo de desintegracin con Sulfato de Sodio. Posteriormente estos resultados se estudiarn en pares de datos, como lo indica la tabla 3-3, de manera de obtener el nivel de vinculacin existente entre ellos por medio de la correlacin.

Tabla 3-3. Forma de confrontar los resultados de los ensayos de desgaste y desintegracin en los ridos estudiados.PORCENTAJES DE PRDIDA DE MASA DE LOS RIDOS TAMAO DE PARTCULAS (mm) PORCENTAJE DE PRDIDA DE MASA POR DESGASTE PORCENTAJE DE PRDIDA DE MASA POR DESINTEGRACIN 40 20mm %A1 40 10mm %A2 20 10mm %A3 10 5mm %A4

%B1

%B2

%B3

%B4

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3.1.2 MTODO DE VINCULACIN DE LAS VARIABLES En este punto se explicar brevemente el mtodo de vinculacin de las variables partiendo por aclarar los trminos ms relevantes, indicar las frmulas a utilizar y describiendo el significado de los resultados obtenidos.

CORRELACIN (r): La correlacin es un ndice que indica el grado de vinculacin que poseen dos o ms variables y vara entre -1 y 1; es decir, -1 r 1. La correlacin o vinculacin de las variables ser perfecta cuando su valor sea igual a -1 o 1 y mientras ms cercano sea este valor a cero, ms dbil es la vinculacin entre las variables estudiadas. Un valor positivo de la correlacin r indicar que las variables fluctan directamente proporcionales y un valor negativo de la correlacin r indicar que las variables fluctan inversamente proporcionales entre s.

MODELO MATEMTICO Corresponde a un ajuste de los datos obtenidos en un estudio dentro de una ecuacin matemtica que relaciona las variables siempre que estas tengan una alta vinculacin. El mtodo por el cul se intentar establecer la vinculacin de las variables es conocido como regresin lineal que establece como patrn el modelo lineal.

MTODO DE REGRESIN LINEAL ste mtodo es utilizado para cuantificar la relacin entre los datos generados de un estudio en que interactan dos o ms variables, adems es posible generar una ecuacin de vinculacin o modelo matemtico.

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Segn sea la variacin de los datos generados en el estudio, las variables pueden ajustarse a los siguientes modelos matemticos propuestos: Modelo Lineal y = b m x (Ecuacin 3-1) Modelo Exponencial y = b emx (Ecuacin 3-3)LINEALIZANDO:

Modelo Logartmico y = b m ln(x) (Ecuacin 3-2) Modelo Potencial y = b xm (Ecuacin 3-4)LINEALIZANDO: lny = lnb m lnx (Ecuacin 3-6)

ln(y) = ln(b) m x (Ecuacin 3-5)

Donde: m: Es la pendiente o inclinacin de la recta, b: Es el intercepto de la recta con el eje y de las ordenadas, r: Correlacin o grado de vinculacin de las variables, x: Valor de la variable independiente, y: Valor de la variable dependiente.

Los modelos matemticos aqu propuestos para el estudio de vinculacin son los ms prcticos de utilizar. Podran haberse utilizado otros modelos para el anlisis, como los siguientes: Modelo Cuadrtico: y = A + B x + C x 2 (Ecuacin 3-7) Modelo Polinomial: y = A + B x + C x 2 + D x 3 + E x 4 + ..... (Ecuacin 3-8) Modelo Exponencial Inverso: y = A (1 - e -Kx ) (Ecuacin 3-9) Modelo del Seno: y = A sen ( K x - P ) (Ecuacin 3-10) Modelo Gaussiano: y = A e ( -K( x -B ) ) (Ecuacin 3-11)2

Pero estos modelos, adems de ser inapropiados para realizar el ajuste con los datos del estudio, son complejos para su posterior uso. En este caso se

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escogieron los modelos ms claros, de fcil comprensin y que pudiera lograrse de ellos una expedita evaluacin.

Para tener una idea visual de su comportamiento, se mostrar a continuacin la expresin grfica de estos modelos propuestos para los casos en que los valores de m y b son mayores o iguales a 1.

EXPRESIN GRFICA DE LOS MODELOS MATEMTICOS (con m1 y b1)

1,2 1

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 1 2 3 4 5 -5 -4 -3 -2 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 -1 0

Modelo Lineal y=bmx

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Modelo Logartmico y = b m lnx1 2 3 4 5 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1,2

Modelo Exponencial y = b emx LINEALIZANDO: lny = lnb m x

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 1 2 3 4 5 -5 -4 -3 -2 -1

0

1,2 1,2 1 1

Modelo Potencial y = b xm LINEALIZANDO: lny = lnb m lnx

0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 - 2,5 -2,5

-1,5

00 --0,5 0,5

0,5

1,5 1,5

2,5

Para encontrar los valores correspondientes de m y b en estos modelos se utilizan las frmulas (3-12, 3-13, 3-14) y como patrn de resolucin el modelo lineal. Si al graficar los datos se observa una tendencia distinta a la lineal, el modelo patrn se ajusta a un modelo logartmico, exponencial o potencial como se indica en la TABLA 3-4.

(Ecuacin 3-12)

m=

n x y x y n x 2 ( x ) 2

40


(Ecuacin 3-13)

b=

y - m xn

(Ecuacin 3-14)

r=

( n x

n xy x y2

(x ) 2 n y 2 ( y) 2

)(

)

Donde: m: Es la pendiente o inclinacin de la recta, b: Es el intercepto de la recta con el eje y de las ordenadas, r: Correlacin o grado de vinculacin de las variables, x: Valor de la variable independiente, y: Valor de la variable dependiente, n: Cantidad de pares de datos disponibles.

Es necesario explicar que el significado a la nomenclatura indicada para la pendiente (m) y el intercepto (b) slo es aplicable al modelo lineal. Para los modelos logartmico, exponencial y potencial; estas sern tratadas como la variable m y la variable b respectivamente. Tabla 3-4. Solucin para el resto de los modelos matemticos Modelo Exponencial y = b emxLINEALIZANDO: ln(y) = ln(b) m x Solucin de la variable b

Modelo Logartmico y = b m ln(x)

Modelo Potencial y = b xmLINEALIZANDO: ln(y) = ln(b) m ln(x)

IDEM MODELO LINEAL

ln(b)=B |e b=e(B)

Para el modelo logartmico, a los valores de la variable x, debe aplicrseles la funcin logaritmo natural ln(x) como lo indica el modelo

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linealizado. Los datos analizados como pares ordenados, es decir {ln(x),y}, son colocados en las ecuaciones 3-6, 3-7 y 3-8, resolvindose de esta forma los valores de m, b y la correlacin. Para el modelo exponencial, a los valores de la variable y, debe aplicrseles la funcin logaritmo natural ln(y) como lo indica el modelo linealizado. Los datos analizados como pares ordenados, es decir {x,ln(y)}, son colocados en las ecuaciones 3-6, 3-7 y 3-8, resolvindose de esta forma los valores de m, b y la correlacin. Para el modelo potencial, tanto los valores de la variable x como los de y deben de aplicrseles la funcin logaritmo natural, como lo indican el modelo en forma linealizada (ecuacin 3-6). De sta forma son ingresados a las frmulas indicadas (ecuaciones 3-6, 3-7 y 3-8) como pares ordenados de la forma {ln(x),ln(y)}.

Finalmente para los modelos exponencial y potencial, a la expresin ln(b) (logaritmo natural de b) que corresponde al valor equivalente del intercepto en el modelo exponencial y potencial, se asla el valor de b aplicndole su funcin inversa, e(ln(b)) (exponencial del logaritmo natural de b), que es evaluada numricamente para colocarla en la ecuacin 3-3 o 3-4, donde aparezca la variable b, segn corresponda. CAPTULO CUATRO 4.1 DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA (METODOLOGA DE

LABORATORIO) 4.1.1 CARACTERIZACIN DE LOS RIDOS UTILIZADOS EN ESTE ESTUDIO

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Los ridos utilizados en las experiencias de laboratorio provienen de la Quinta regin, especficamente del ro Aconcagua con tamaos que varan desde los 5mm a los 40mm. A continuacin se presentan las caractersticas principales de stos ridos por medio de ensayos representativos:

A) EXTRACCIN Y PREPARACIN DE LAS MUESTRAS (NCh 164 of76) La correcta extraccin de una muestra de rido y una preparacin adecuada permiten obtener en los ensayos correspondientes, valores representativos de las condiciones originales de dichos ridos. La norma NCh 164 establece los procedimientos para extraer y preparar muestras representativas para ensayos de ridos finos, gruesos o totales; naturales o manufacturados de densidad real.

ORIGEN DE LA MUESTRA rido del ro Aconcagua desde la planta Maggi de Con-Con. La muestra fue extrada desde acopio en laboratorio.

EXTRACCIN DE MUESTRAS En obra, desde acopios. Aqu se extraen porciones de ridos desde la mayor profundidad sin contener material de la superficie ni de los primeros y ltimos 30cm del acopio.

PREPARACIN DE LAS MUESTRAS

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Las porciones de ridos extrados se mezclarn uniformemente hasta homogeneizarlas completamente, asegurando la incorporacin de cada tamao de partculas. La reduccin del tamao de la muestra extrada a los tamaos especificados para muestras de laboratorio, se realiz mediante el cuarteo manual mediante pala. El cuarteo, para este ensayo, se realiz una sola vez de los cules se obtuvo una muestra y una contra muestra de dos cuartos del cuarteo respectivamente.

MUESTRA: 38.3kg CONTRA MUESTRA: 36.3kg

IMAGEN 4-1: Esquema del Cuarteo Manual.

B) TAMIZADO Y DETERMINACIN DE LA GRANULOMETRA (NCh 165 of77) La granulometra permite obtener el mdulo de finura del rido y su expresin grfica representada por la curva granulomtrica. Para determinar la granulometra de un rido se considera la masa de una muestra de ensayo (16kg mnimo para tamao mximo nominal de 40mm);

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se tamiza la muestra y se determina la masa de las fracciones del rido retenidas en cada uno de los tamices. Se calculan los porcentajes parciales retenidos y se expresa la granulometra.

TABLA 4-1. Resultado promedio de la granulometra para tres muestras gemelas. GRANULOMETRA :: MASA MUESTRA: 30kg :: RESIDUO: 1.171kgMALLA INN MALLA ASTM RETENIDO PARCIAL grs. % RETENIDO % RETENIDO ACUMULADO % QUE PASA EN PESO RECOMENDADO NCh 163 of77 (40mm-5mm) OK?

50mm 40mm 25mm 20mm 12.5mm 10mm 5mmRESIDUO

2 1 1 3/8 N4RESIDUO

SUMATORIA

0 443 6605 4652 9059 4789 3281 1171 30000

0 1 22 16 30 16 11 4 100

0 1 23 39 69 85 96 100

100 99 77 61 31 15 4 0

100 90 - 100 35 - 70 10 - 30 0-5

SI SI SI SI SI

De los resultados obtenidos de esta tabla se puede decir de los ridos que: Tamao Mximo Absoluto (Da): 50mm=2 Tamao Mximo Nominal (Dn): 40mm=1 MDULO DE FINURA:7 n = nmero de mallas preferidas utilizadas. (Ecuacin 4-1)

Mf = n -

100 (100 + 99 + 61 +15 + 4) Mf = 10 = 7.21 100

% pasa mallas preferidas

C) DETERMINACIN DE LA DENSIDAD APARENTE (NCh 1116 of77)

La densidad aparente en determinado estado de compactacin permite transformar peso a volumen o viceversa. Relacionado con la densidad real permite conocer el grado de compacidad o huecos que posee el rido.

7

El mdulo de finura es un coeficiente que indica el grado de tamao de las partculas que constituyen una muestra de ridos. Cuanto menor es este valor, las partculas que forman la muestra son ms pequeas. La ecuacin 4-1 utilizada corresponde al clculo del mdulo de finura de rido grueso o mezclado segn el anexo A de la NCh 165 of 77.

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La norma NCh 1116 establece los procedimientos para determinar la densidad aparente de los ridos, la cual puede ser suelta o compactada. Para determinar la densidad aparente se vaca el rido en una medida de capacidad volumtrica especificada de acuerdo al tamao mximo nominal del rido (Para un tamao mximo nominal de 40mm, la capacidad volumtrica debe ser de 15lts). Se determina la masa del rido que llena la medida. Se obtiene la densidad aparente dividiendo la masa del rido por la capacidad volumtrica de la medida.

DENSIDAD APARENTE: Volumen = 15,650lt = 0.01565m3 Tara = 2,2kg DENSIDAD APARENTE SUELTA (Para Dn 100mm): (Ecuacin 4-2)ms V 23 ,672 Das1 = = 1513 kg/m 3 0,01565 23 ,548 Das 2 = = 1505 kg/m 3 0,01565 23 ,733 Das 3 = = 1517 kg/m 3 0,01565 Das =

Densidad aparente suelta promedio: 1511kg/m3. Siendo; Das: densidad aparente suelta, ms: masa del rido suelto, V: capacidad volumtrica de la medida. DENSIDAD APARENTE COMPACTADA (Para Dn 50mm): (Ecuacin 4-3)mca V 25 ,542 Dac1 = =1632 kg / m 3 0,01565 25,624 Dac2 = =1637 kg / m 3 0,01565 25,438 Dac3 = =1625 kg / m 3 0,01565 Dac =

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Densidad aparente compactada promedio: 1631kg/m3 Siendo; Dac: densidad aparente compactada, mca: masa del rido compactada por apisonado, V: Capacidad volumtrica de la medida.

D) DETERMINACIN DE LAS DENSIDADES REAL Y NETA, Y LA ABSORCIN DE AGUA DE LAS GRAVAS (NCh 1117 of77) La densidad real y neta de los ridos permite conocer los volmenes compactados del rido con el fin de dosificar morteros u hormigones. Relacionada con la densidad aparente permite conocer la compacidad del rido. La absorcin est ntimamente relacionada con la porosidad interna de los granos de rido y con la permeabilidad de los morteros y hormigones. La norma NCh 1117, establece los procedimientos para determinar las densidades real y neta y la absorcin de agua de los ridos gruesos o gravas de densidad real normal. El procedimiento consiste en determinar la masa de una muestra (4kg mnimo para un tamao mximo nominal de 40mm) pesndola al aire, en estado seco y en estado saturado superficialmente seco. Luego se determina su volumen por diferencia entre las pesadas al aire ambiente y sumergido en agua. Conocidas la masa y su volumen se calcula las densidades real y neta y la absorcin de agua, en funcin de los valores obtenidos para las diferentes condiciones de pesada.

DENSIDAD REAL Y NETA, Y LA ABSORCIN DE AGUA DE LAS GRAVAS: mas = 5.00kg ma sss = 5.048 kg msu = 3.614 0.460 = 3.164kg :: Peso Canastillo sumergido = 0.460kg

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DENSIDAD REAL SATURADO SUPERFICIALMENTE SECO (Dr sss): (Ecuacin 4-4)ma sss 1000 ma sss - msu 5.048 Dr sss = 1000 = 2679 kg / m 3 (5.048 3.164 ) Dr sss =

DENSIDAD REAL SECA (Dr s): (Ecuacin 4-5)ma s 1000 ma sss - msu 5.00 Dr s = 1000 = 2654 kg / m 3 (5.048 3.164 ) Dr s =

DENSIDAD NETA (Dn): (Ecuacin 4-6)DN = DN ma s 1000 ma s - msu 5.00 = 1000 = 2723 kg / m 3 (5.00 3.164 )

ABSORCIN DE AGUA O POROSIDAD (Ab%): (Ecuacin 4-7)ma sss - ma s 100 % ma s (5.048 5.00 ) Ab = 100 % = 0.96 % 5.00 Ab =

Siendo; Drsss: densidad real del rido saturado superficialmente seco, Drs: densidad real del rido seco, DN: densidad neta del rido, Ab: Absorcin de agua o porosidad del rido, ma sss: masa del rido en estado saturado superficialmente seco, ma s: masa del rido seco, msu: masa del rido sumergido. E) DETERMINACIN DE HUECOS (NCh 1326 of77)

La norma NCh 1326 establece el procedimiento para determinar el contenido de huecos de los ridos, el cul se calcula a partir de los resultados de densidad real y densidad aparente del mismo rido.

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La determinacin de la densidad real se efecta de acuerdo a las normas NCh 1117 para las gravas. La determinacin de la densidad aparente se efecta de acuerdo a la norma NCh 1116.

Con estos resultados definidos se calcula el contenido de huecos (H) segn la frmula siguiente:

(Ecuacin 4-8)

H= H=

Drs - Da s 100 % Drs (2653 ,93 1511,25) 100 % = 43 % 2653 ,93

Siendo: H: Contenido de huecos (%), Drs: Densidad real del rido seco y Das: Densidad aparente del rido seco. NOTA: Los valores de la densidad real y de la densidad aparente del rido seco son tomadas de los ensayos anteriormente expuestos, donde sus valores son el promedio de tres muestras gemelas.

F) DETERMINACIN DEL COEFICIENTE VOLUMTRICO MEDIO DE LAS GRAVAS (NCh 1511 of80) El coeficiente volumtrico medio de las gravas es un ndice que muestra cuantitativamente la forma de los granos del rido por comparacin a la esfera. Un rido posee un coeficiente volumtrico mayor cuanto ms

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redondeado sea, lo que influye principalmente en la manejabilidad del hormign fresco. La norma NCh 1511, establece el procedimiento para determinar el coeficiente volumtrico medio de las gravas de densidad real normal, el cual consiste en calcular la suma de volmenes reales de las partculas que constituyen un rido y la suma de los volmenes de las esferas que inscriben las partculas del rido. Estas se relacionan y se determina el coeficiente volumtrico medio. PARA TAMAO MXIMO ABSOLUTO MENOR A 25mm 90 partculas250gr (Ecuacin 4-9)V = (V2 - V1) V = 590 - 500 = 90cm 3

(Ecuacin 4-10)

( Ni 3 = N 1 + N 2 + N 3 + ..... + N N )3 3 3 3

Ni

3

= 742 .12 cm 3

(Ecuacin 4-11)

CV = CV =

Ni 3

6 V

6 90 0.23 0.15 (Recomendac in NCh 163 of77 ) 742 .12

Otros resultados de coeficiente volumtrico medio de las gravas son: CV2=0,23 CV3=0,22 Por lo tanto, el coeficiente volumtrico promedio para la grava en estudio es: CV = 0,23; para Da25mm.

Siendo; CV: coeficiente volumtrico medio de las gravas, V: volumen de agua desplazada, V1: volumen de agua, V2: volumen de ridos y agua, N1, N2, N3,,NN: Mayor dimensin de cada partcula Ni

4.1.2 DESARROLLO EN LABORATORIO DE LOS ENSAYOS DE DESGASTE Y DESINTEGRACIN DE LOS RIDOS ESTUDIADOS.

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El mtodo para encontrar los valores de desgaste y de desintegracin de los ridos sern los descritos en las Normas Chilenas NCh 1328 of77 (Determinacin de la desintegracin de los ridos mediante el mtodo de los Sulfatos) y NCh 1369 of78 (Determinacin del desgaste de las gravas mediante el Mtodo de la Mquina de los ngeles). Las Normas Chilenas mencionadas anteriormente se encuentran en el anexo de esta tesis.

Los ensayos fueron realizados en laboratorio respetando todos los procedimientos recomendados por las normas. A continuacin se mostrar, con el apoyo de fotografas, los procedimientos efectuados.

a) Procedimientos para la desintegracin de los ridos mediante sulfato de sodio anhidro. El reactivo utilizado para este ensayo es sulfato de sodio anhidro de la empresa SOQUIMICH. El sulfato es posteriormente medido para obtener una densidad de 1.16g/ml a 20 2C. Por lo tanto se requieren 1,16kg de sulfato por cada litro de agua.

IMAGEN 4-2: Reactivo utilizado en el ensayo IMAGEN 4-3: Medicin de la cantidad de de desintegracin con sulfato de sodio sulfato a utilizar; 1,16kg por cada litro de agua

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El agua utilizada debe estar a una temperatura entre 25C a 30C. Luego de verter la sal, se debe revolver la solucin hasta disolver el contenido en una mezcla homognea como se observa en las imgenes 4-4 y 4-5.

IMAGEN 4-4: Revoltura de de la solucin IMAGEN 4-5: La solucin salina ya revuelta salina hasta obtener una mezcla homognea est lista para ser ocupada junto con los ridos

La extraccin y preparacin de las muestras de ridos a ensayar debe ceirse a lo indicado en la norma chilena NCh 164 y determinar su granulometra de acuerdo a lo indicado en la norma NCh 165. Para el caso del estudio, debe asegurarse que el rido a ensayar sea solamente grava, es decir, considerar todo el material que queda retenido en el tamiz de 5mm. Posteriormente, la muestra se lava, se seca y se divide en fracciones segn su tamao, como lo muestra la imagen 4-6.

IMAGEN 4-6: Los ridos a ensayar son divididos en fracciones segn su tamao y sern llamados, para este caso como Fraccin 2, Fraccin 3, Fraccin 4 y Fraccin 2-3.

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Las fracciones de grava consideradas en este estudio van desde los 5 a 40mm y se dividen de la siguiente forma: fraccin 2: con ridos desde 40 a 20mm; fraccin 3: con ridos desde 20 a 10mm; fraccin 4: con ridos desde 10 a 5mm y una fraccin excepcional que llamaremos, Fraccin 2-3 que est formada con los tamaos de ridos constituyentes de la fraccin 2 y la fraccin 3, es decir: fraccin 2-3: con ridos desde 40 a 10mm.

IMAGEN 4-7: Fraccin 2 formada por ridos IMAGEN 4-8: Fraccin 3 formada por ridos entre 40 a 20mmentre 20 a 10mm

Ya constituidas las fracciones de rido en recipientes separados, como se muestra en las imgenes anteriores, se procede a verter en ellos la solucin salina de manera que esta alcance a cubrir los ridos completamente por sobre 1,5cm como se muestra en la imagen 4-11.IMAGEN 4-9: Fraccin 4 formadaFraccin 2-3 formada por IMAGEN 4-10: por ridos entre 10 a 5mm ridos entre 40 a 10mm

IMAGEN 4-11: Las fracciones de ridos son cubiertas con la solucin salina por sobre 1.5cm.

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Las muestras son ahora mantenidas en una cmara que mantendr su temperatura a 20C durante un tiempo de 17 1h. Durante este tiempo se debe cuidar que las muestras no sufran de evaporacin y evitar contaminaciones. Luego de las 17 horas, la solucin salina cristaliza quedando los ridos confinados. La solucin salina se vuelve dura y tiene el aspecto a un bloque de hielo tal como se aprecia en las imgenes 4-12, 4-13 y 4-14.

IMAGEN 4-12: La solucin salina cristaliza IMAGEN 4-13: Se observa que los ridos luego de las 17 horas de reposo. quedan confinados en este bloque de sulfato cristalizado

Para

IMAGEN 4-14: Tambin el sulfato excedente se vuelve un bloque con aspecto de hielo.

poder

recuperar

los ridos confinados dentro del sulfato de sodio, es necesario aplicar calor a este bloque. Las muestras fueron colocadas en una paila metlica y luego puestas a fuego indirecto (Bao Mara). Luego de un tiempo, la muestra es revuelta y girada de manera que el sulfato cristalizado reciba calor desde

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toda su superficie, de esta forma vuelve a tomar un aspecto lquido. Las imgenes 4-15 y 4-16 muestran esta etapa del proceso.

Ya se ha mostrado como la solucin salina se endurece por efecto de la cristalizacin. Es

importante mencionar que la solucin salina en menores concentraciones deIMAGEN 4-15: La muestra es colocada en una paila a fuego indirecto para recuperar los ridos confinados. IMAGEN 4-16: Finalmente la solucin salina vuelve a tomar un estado lquido y es posible recuperar los ridos.

sulfato,

en

la

superficie forma

de

losIMAGEN 4-17: IMAGENsuperficie de cadatrasparentes son En la 4-18: Los cristales es menor, se concentracin de sulfato en su composicin. observa la formacin de cristales.

recipientes,

mucho ms frgiles debido a la baja cristales recipiente, donde la concentracin de sulfato

trasparentes que asemejan el aspecto

de diamantes como se observa en las imgenes 4-17 y 4-18. Luego de recuperados, los ridos son colocados por fracciones en recipientes separados. En esta etapa, los ridos an contienen partes del sulfato adheridos a su superficie, no siendo necesario eliminarla

completamente.

IMAGEN 4-20: La fraccin 3 recuperada desde el sulfato. La muestra an contiene sulfato en su superficie

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Luego de esto, los ridos son colocados en horno a una temperatura de 110 5C y posterior a este proceso las muestras de rido liberan la humedad contenida quedando en estado seco. La imagen 4-23 muestra los hornos disponibles en el laboratorio de hormigones de la Universidad de Valparaso donde se secan las muestrasIMAGEN 4-19: La fraccin 2 recuperada desde el sulfato. La muestra an contiene sulfato en su superficie

durante 24 horas.

IMAGEN 4-21: La fraccin 4 recuperada desde el sulfato. En estas partculas de menor tamao la adherencia de sulfato es menor.

IMAGEN 4-22: La fraccin 2-3 recuperada desde el sulfato.

IMAGEN 4-23: Los hornos disponibles en el laboratorio de hormigones donde se deja secar la muestra a 110 5C.

Hasta esta etapa los ridos han sido sometidos a un proceso de inmersin en la solucin de sulfato de sodio anhidro y tambin a

un proceso de secado en horno lo cul es considerado un ciclo del ensayo de

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desintegracin. El ensayo total comprende cinco ciclos de inmersin y secado para luego calcular el porcentaje de prdida de masa de la una fraccin.

Aproximadamente a contar del tercer ciclo de inmersin y secado, durante el proceso de recuperacin de los ridos del sulfato cristalizado, es posible notar la presencia de pequeas partculas de la fraccin de la muestra que corresponde a desintegracin de los ridos debida a la accin del sulfato como lo muestran las imgenes 4-24 y 4-25.

IMAGEN 4-24: Durante el tercer ciclo del IMAGEN 4-25: El tamao de las partculas ensayo, se observan pequeas partculas desintegradas son ms pequeas que el debidas a la desintegracin de los ridos. menor tamao requerido de cada fraccin.

Al completar los cinco ciclos de inmersin y secado, las fracciones de ridos son lavadas para eliminar todo residuo de sulfato. Posteriormente, cada fraccin de ridos es secada hasta masa constante, seguidamente se tamizan de acuerdo a los tamices recomendados por la NCh 1328 of77 para realizar el examen cuantitativo y as aislar toda partcula ms pequea que la de

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menor tamao de ridos que conforme una fraccin como se muestra en las imgenes 4-26, 4-27, 4-28 y 4-29.

La Norma Chilena NCh 1328 of77 establece una serie de tamices para realizar el examen cuantitativo de cada fraccin la cul se muestraIMAGEN 4-26: Fraccin 2. Se aprecia en el recipiente metlica el contenido de partculas desintegradas por el sulfato. IMAGEN 4-27: Fraccin 3. Se aprecia en el recipiente metlica el contenido de partculas desintegradas por el sulfato.

en la tabla 4-2.

IMAGEN 4-28: Fraccin 4. Se aprecia en el recipiente metlica el contenido de partculas desintegradas por el sulfato.

IMAGEN 4-29: Fraccin 2-3. Se aprecia en el recipiente metlica el contenido de partculas desintegradas por el sulfato.

TABLA 4-2. Serie de tamices para examen cuantitativo.FRACCIN 1 2 3 4 TAMAO DE LAS PARTCULAS DE LA FRACCIN ORIGINAL (mm) 40 63 20 40 10 20 5 - 10 TAMICES, TAMAOS NOMINALES DE ABERTURA (mm) 31.5 16 8 4

Finalmente la desintegracin se mide como el porcentaje de prdida de masa de cada fraccin, antes y despus del ensayo con la siguiente frmula.

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(Ecuacin 4-12)

P=

mi - mf 100% mi

donde: P = prdida de masa de la muestra en %. mi = masa inicial de la muestra, g. mf = masa final de la muestra, g.

b) Procedimientos para el desgaste de los ridos mediante la Mquina de Los ngeles.

Como la Universidad de Valparaso no dispone en la actualidad de la Mquina de Los ngeles para realizar este estudio, fue necesario requerir el prstamo de la Mquina de Los ngeles de la Universidad Catlica de Valparaso que se encuentra en su laboratorio de Mecnica de Suelos en la Facultad de Ingeniera.

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IMAGEN 4-30: Mquina de Los ngeles disponible en la Facultad de Ingeniera de la Universidad Catlica de Valparaso.

La mquina para el ensayo de desgaste de los ridos por el mtodo de Los ngeles consta de un tambor con tapa y cierre por tornillos hermticos de un espesor de 12mm, un dimetro interior de 711mm y una longitud de 508mm. 1mm. La longitud de la tapa es de 152mm. Su eje de giro est montado sobre cojinetes de gran rendimiento. El motor-reductor asegura de 30 a 33rpm con un contacto automtico ajustable de parada automtica al final del ensayo. La mquina se suministra con 12 esferas de carga abrasin, en acero. Dispone de contador digital de vueltas. Posee un motor elctrico de 220/380Volt y 50/60hz. Sus dimensiones exteriores corresponden a un ancho de 1.200mm, una altura de 1.400mm y una profundidad de 1.100mm. Su peso total es aproximadamente 220 Kg.

Las partes ms importantes que constituyen la mquina de Los ngeles son las siguientes:

- La tapa de la mquina, tambin metlica permite un cierre hermtico evitando prdidas de material durante el ensayo.

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IMAGEN 4-31: La tapa de la mquina que permite un cierre hermtico.

- Los pernos de sujecin mantienen la tapa de la mquina firme a la carcasa de esta mientras se realiza el ensayo.

IMAGEN 4-32: Los pernos de sujecin de la mquina de Los ngeles.

- La mquina posee un dispositivo contador de las revoluciones. Este dispositivo se regula antes de realizar el ensayo y va contando los giros de la mquina hasta llegar a 500 revoluciones donde la mquina detiene automticamente su funcionamiento. Para los casos que se requiera ensayar a 1000 revoluciones, la mquina se volver a activar por segunda vez sin retirar de su interior los ridos ni la carga abrasiva.

IMAGEN 4-33: Dispositivo contador de las revoluciones en la mquina de Los ngeles. La mquina cesa su funcionamiento cuando el contador llega a 500 revoluciones.

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Debido al giro de la mquina y por la accin de la fuerza centrfuga, los ridos tienden a girar pegados a las paredes de la mquina, es por esto necesario disponer de un elemento que evite esta predisposicin.

Al interior del tambor de la mquina existe un perfil metlico adosado a la carcasa. Este perfil es llamado aleta y sirve para alterar la trayectoria de los ridos mientras estos giran en el interior de la mquina.

IMAGEN 4-34: El perfil metlico adosado interiormente a la mquina de Los ngeles, llamado aleta, evita la tendencia de los ridos a girar pegados a la carcasa por efectos de la fuerza centrfuga.

Para aumentar la accin abrasiva durante el ensayo, se agregan junto a los ridos, esferas de acero de pesos que varan entre 390 a 445g con un dimetro de aproximadamente 47mm. El nmero de esferas adicionadas vara dependiendo del grado de ridos a ensayar; es decir:

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Para los grados 1 y 2, se utilizarn 12 esferas, para los grados 3 y 4 se utilizarn 11 esferas, para los grados 5 y 6 se utilizarn 8 esferas.

IMAGEN 4-35: Las esferas de acero son IMAGEN 4-36: La mquina de Los ngeles se utilizadas como carga abrasiva. carga con las esferas y los ridos a ensayar. En la imagen el grado 6 con 8 esferas.

El carguo de la mquina referidas a la cantidad de ridos y tamaos a ensayar, las bolas de acero a utilizar y la cantidad de revoluciones por ensayo se indican en la tabla grados de ensayo de la NCh 1369 of78 que se encuentra en los anexos a esta tesis.

Al finalizar un ensayo, se retira la tapa. En este momento se debe retirar el contenido de la mquina, es decir, los ridos ensayados y la carga abrasiva.

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IMAGEN 4-37: Finalizado el ensayo, se retira el contenido desde la mquina (los ridos del grado ensayado y la carga abrasiva).

El efecto de abrasin e impacto de la mquina de Los ngeles es bastante agresivo. Del material extrado desde la mquina tras el ensayo, se puede notar partculas que se trituran al nivel de polvo.

La

Norma

IMAGEN 4-38: El rido ensayado en la mquina resulta alterado al nivel de que algunas partculas se trituran a polvo.

Chilena NCh 1369

of78 indica que el material debe tamizarse por un tamiz de abertura mayor a 2,5mm; en este caso se utiliz el tamiz de 6,3mm ( ASTM) y luego tamizado alternativamente por el tamiz de 1,7mm (ASTM N 12).

IMAGEN 4-39: Los tamices utilizados en este ensayo. 6,3mm (1/4 ASTM) y 1,7mm (N 12 ASTM)

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Del rido tamizado se descarta todo aquel que pasa por la malla 1,7mm.

IMAGEN 4-40: Las partculas que pasan por la malla de 1,7mm corresponden a material desgastado por el ensayo con la mquina de Los ngeles

El material restante de la muestra (el retenido por el tamiz de 1,7mm) es lavado para eliminar toda partcula adherida a este material y que sea menor a 1.7mm.

La necesidad de realizar un primer

IMAGEN 4-41: Partculas

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