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EQIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS

Integrantes: HERNANDEZ CEPEDA JHON EDISON HOSTTOS AYALA GINNA LIZETH RAMIREZ SOSA YOHANA ANDREA

Presentado a: INGENIERO MIGUEL ANGEL ROMERO FARFAN

Monitora: ANGÉLICA GONZÁLEZ

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TUNJA 2017

TABLA DE CONTENIDO

Pág. 1. INTRODUCCIÓN ________________________________________________ 6 2. OBJETIVOS____________________________________________________ 7 2.1. OBJETIVO GENERAL. __________________________________________ 7 2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO. ________________________________________ 7 3. MARCO TEORICO ______________________________________________ 8 4. EQUIPOS _____________________________________________________ 9 4.1. CILINDRO GRADUADO DE PLÁSTICO ____________________________ 9 4.2. TAPÓN MACIZO ______________________________________________ 9 4.3. TUBO IRRIGADOR____________________________________________ 10 4.4. TUBO FLEXIBLE _____________________________________________ 10 4.5. BOTELLÓN__________________________________________________ 10 4.6. DISPOSITIVO PARA TOMAR LECTURAS _________________________ 11 4.7. EMBUDO ___________________________________________________ 11 4.8. CAPSULA PARA MEDIR LA MUESTRA ___________________________ 12 4.9. AGITADOR MECÁNICO ________________________________________ 12 5. PROCEDIMIENTO _____________________________________________ 13 5.1. MUESTREO _________________________________________________ 13 5.2. ENSAYO: ___________________________________________________ 13 6. DATOS ______________________________________________________ 19 7. ANALISIS DE RIEZGOS Y ERRORES ______________________________ 20 8. CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS _________________________ 21 9. CONCLUSIONES ______________________________________________ 24 10. RECOMENDACIONES _________________________________________ 25 11. BIBLIOGRAFÍA _______________________________________________ 26

LISTA DE TABLAS Pág. TABLA 1 FORMATO DEL ENSAYO DE EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS. ............................................................................................ 19 TABLA 2 ERRORES EXTRAÍDOS DE LA PLANEACIÓN DEL LABORATORIO INV E 133-13 ... 20 TABLA 3 REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA SUBBASES GRANULARES. .................. 22 TABLA 4 EXTRACTO DE LA TABLA: REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA BASES GRANULARES. .................................................................................................... 23

LISTA DE IMÁGENES Pág. IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN IMAGEN

1 CILINDROS GRADUADOS DE PLÁSTICO. ....................................................... 9 2 TAPÓN MACIZO. ........................................................................................ 9 3 SISTEMA IRRIGADOR: TUBO IRRIGADOR, TUBO FLEXIBLE ............................. 10 4 BOTELLON DE FLOCULANTE ..................................................................... 10 5 DISPOSITIVO PARA TOMAR LECTURAS. ...................................................... 11 6 EMBUDO. ............................................................................................... 11 7 CAPSULA PARA MEDIR LA MUESTRA. ......................................................... 12 8 AGITADOR MECÁNICO. ............................................................................ 12 9 MATERIAL UTILIZADO EN EL ENSAYO ......................................................... 13 10 PORCION DE MUESTRA POR CILINDRO..................................................... 13 11 VERTIMIENTO DE CLORURO DE CALCIO EN EL CILINDRO. ........................... 14 12 CAPSULA SIENDO PESADA VACÍA Y LLENA. .............................................. 14 13 MUESTRA SIENDO AGREGADA AL CILINDRO. ............................................ 14 14 EXTRACCIÓN DE BURBUJAS DE AIRE. ...................................................... 15 15 MEZCLA EN REPOSO. ............................................................................ 15 16 MEZCLA SIENDO AGITADA. ..................................................................... 16 17 IRRIGACIÓN. ........................................................................................ 16 18 MATERIAL EN REPOSO. ......................................................................... 17 19 MEDICIÓN DE LA ALTURA DE ARENA. ....................................................... 17 20 MUESTRAS DE ARENA EN DIFERENTES TIEMPOS DE REPOSO. .................... 18

1. INTRODUCCIÓN El equivalente de arena en los suelos de agregados finos o porcentaje de arcilla, es de gran importancia a la hora del control de calidad de una vía en el proceso de veeduría, por lo cual el constructor debe garantizar que este sea lo más bajo posible, ya que un porcentaje alto de material arcilloso contenido dentro del material fino usado para la construcción de una vía, podría poner en riesgo la estabilidad de las bases de dicha estructura vial, debido a que cuando se presente el lavado del material fino, las partículas de arcillas o impurezas podrían desaparecer y generar huecos o vacíos a lo largo de las estructuras viales. En este laboratorio, realizado de acuerdo a la norma de ensayos de materiales especificadas por el INVIAS, INV-E-133-13, pretendemos determinar la proporción de polvo o material de apariencia arcilloso o finos plásticos presentes en una muestra de suelo, suministrada por personal de laboratorio y el monitor de la asignatura, con el fin de establecer, conocer y comprender, la metodología para determinación de material indeseable o contaminante de limo o arcilla en el agregado fino. Estas pruebas o ensayos de calidad de materiales, se vuelven de gran importancia a la hora de determinar la capacidad de soporte de dicho material en las diferentes estructuras viales, ya que permite determinar rápidamente en el campo, variación de calidad de los agregados, durante su producción o colocación, especificando valores mínimos de equivalencia de arena, con el fin de limitar la cantidad de finos nocivos en el agregado.

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2. OBJETIVOS 2.1.

OBJETIVO GENERAL.

Determinar el equivalente de arena o la proporción de material nocivo en suelos 2.2.  

OBJETIVO ESPECÍFICO. Determinar si la cantidad de arcilla que presenta el material es suficiente como para ser dañino. Determinar para que capa sería mejor utilizar el material que se está ensayando si para base, sub base o sub rasante.

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3. MARCO TEORICO El material a ensayar está compuesto totalmente por arenas y arcillas ya que esta tamizado de tal manera que la muestra que se tiene en cuenta este compuesta de material que pase por el tamiz número 4 y retenido por el número 200. La determinación de la cantidad de arena que presenta el material determinara si el material ensayado es aceptable o no para ser utilizado en alguna capa del diseño vial, ya que si su cantidad de arcilla es muy pequeña dará como resultado un suelo muy favorable y por el contrario si la cantidad de arena es muy pequeña será un material muy desfavorable. Finalmente el Equivalente de arena mínimo según las especificaciones de la norma son para Sub base 25%, base 30%, base para mezclas asfálticas si es suelo A-1b debe ser un porcentaje de 90% o más y si es un suelo A-2-4 puede estar entre 20 a 40 % ahora para base tratada con cemento el porcentaje es aceptable de 30% en adelante y por ultimo para la sub-rasante debe ser de 30% y mas.

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4. EQUIPOS 4.1.

Cilindro graduado de plástico: con un diámetro interior de 31.75 mm y altura de 430 mm aproximadamente, una altura de 381mm, obligatoriamente se debe tratar de un material transparente, con una base en la parte inferior del mismo material que permita su estabilidad. IMAGEN 1 Cilindros graduados de plástico.

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC 4.2.

Tapón macizo: tapón que se asegura a la boca del cilindro plástico e impide el paso del material, de cacho o de goma. IMAGEN 2 Tapón macizo.

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC

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4.3.

Tubo irrigador: de acero inoxidable diámetro exterior de 6.35 mm una longitud de 510 mm aproximadamente, y en uno de sus extremos presenta dos orificios de 1mm de diámetro para permitir la salida del floculante.

4.4.

Tubo flexible: de plástico o caucho, de 4.7mm de diámetro y 1.5 m de longitud aproximadamente, con una pinza de presión que permita cortar el paso de floculante por el mismo, conecta el botellón con el tubo irrigador. IMAGEN 3 Sistema irrigador: tubo irrigador, tubo flexible

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC 4.5.

Botellón: de 1 galón de capacidad. Destinado al almacenamiento del floculante debe tener dos orificios uno para la entrada de aire y otro para conectar con el tubo flexible. Debe disponerse a una altura aproximada de 1 metro sobre la mesa de trabajo. IMAGEN 4 Botellon de floculante

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC

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4.6.

Dispositivo para tomar lecturas: un conjunto formado por un disco de asentamientos, una barra metálica, un indicador y una sobrecarga cilíndrica. Designado a tomar lecturas de altura de arena. IMAGEN 5 Dispositivo para tomar lecturas.

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC 4.7.

Embudo: de boca ancha en un extremo y angosta en el otro para traspasar la muestra al tubo plástico. IMAGEN 6 Embudo.

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC

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4.8.

Capsula para medir la muestra: con una capacidad aproximada 104,73 g de material IMAGEN 7 Capsula para medir la muestra.

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC 4.9.

Agitador mecánico: diseñado para mantener el tubo graduado en posición horizontal y someterlo a movimiento de vaivén paralelo a la longitud. IMAGEN 8 Agitador mecánico.

Fuente: Elaboración propia con base en equipos del laboratorio de suelos y pavimentos, UPTC

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5. PROCEDIMIENTO 5.1.

MUESTREO:

Para la realización de este ensayo se utilizó arena proveniente de las canteras del municipio de Combita, Boyacá. Se preparó la muestra tomando aproximadamente 1500 g del material que paso por el tamiz 4,75 mm (N°4). IMAGEN 9 Material utilizado en el ensayo

Fuente: elaboración propia La cantidad de material añadida a cada cilindro de prueba fue de 104,73 g IMAGEN 10 Porcion de muestra por cilindro

Fuente: elaboración propia 5.2.

ENSAYO:

Primero se vierte una solución de cloruro de calcio en uno de los cilindros graduados, hasta una altura considerable de unos 104 mm aproximadamente.

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IMAGEN 11 Vertimiento de cloruro de calcio en el cilindro.

Fuente: Elaboración propia Se pesa una capsula vacía, con la cual se medirá la cantidad de arena a adicionar en el cilindro. Se toma con la capsula una muestra de arena cuidando que este bien llena pero no rebosando, por lo cual se enraza y se pesa finalmente la capsula llena. IMAGEN 12 Capsula siendo pesada vacía y llena.

Fuente: Elaboración propia Esta cantidad se agrega con ayuda de un embudo a la solución dispuesta en el cilindro. IMAGEN 13 Muestra siendo agregada al cilindro.

Fuente: elaboración propia.

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Se golpea con la palma de la mano el cilindro, de una manera suave, para que se liberen las burbujas de aire y remojar la muestra completamente. IMAGEN 14 Extracción de burbujas de aire.

Fuente: elaboración propia. Se deja el cilindro en reposo durante 10 min. Al finalizar el periodo de humedecimiento, se tapa el cilindro con un tapón y se agita manualmente primero de una manera cuidadosa para que el material reposado se mezcle. IMAGEN 15 Mezcla en reposo.

Fuente: elaboración propia. Utilizando el agitador mecánico, se coloca el cilindro y se agita durante unos 45 segundos. Inmediatamente después se coloca el cilindro en posición vertical y se retira el tapón.

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IMAGEN 16 Mezcla siendo agitada.

Fuente: elaboración propia. Luego se realiza el proceso de irrigación en el cual se mantiene el cilindro en posición vertical, lavando las paredes del mismo para hacer bajar los excesos de material y llegando al fondo del cilindro para que los finos se suspendan. IMAGEN 17 Irrigación.

Fuente: elaboración propia. Cuando el cilindro este lleno se deja en reposo durante 20 minutos.

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IMAGEN 18 Material en reposo.

Fuente: elaboración propia. A continuación se procede a tomar la lectura de la altura de arcilla y la altura de arena, para la segunda se introduce un dispositivo de lectura en el cilindro este no puede golpear las paredes del recipiente. IMAGEN 19 Medición de la altura de arena.

Fuente: elaboración propia. Se realiza el mismo procedimiento para tres muestras más. Se registran los datos de altura de arena y altura de arcilla para cada una de las muestras.

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IMAGEN 20 Muestras de arena en diferentes tiempos de reposo.

Fuente: elaboración propia.

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6. DATOS TABLA 1 Formato correspondiente al ensayo de Equivalente de arena de suelos y agregados finos.

Fuente: formato obtenido del laboratorio de suelos y pavimentos.

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7. ANALISIS DE RIEZGOS Y ERRORES A continuación se muestra la tabla del análisis de los riesgos y errores y lo que se hizo para corregirlos. Por ende se extrae del formato de planeación del laboratorio los errores que efectivamente se cometieron o los imprevistos que ocurrieron y se agregan los errores que no se pensaron que podían ocurrir con su respectiva solución.

TABLA 2 Errores extraídos de la planeación del laboratorio INV E 133-13 ÍTEM DE NORMA 4.

10.3

10.10

10.11

FASE DEL PROCESO (ACTIVIDAD) Equipo.

POSIBLES FALLAS O RIESGOS

CAUSAS DE POSIBLES FALLAS O RIESGOS

ACCIONES CORRECTIVAS

Daño de los equipos Se presenta por la mala Se siguieron las instrucciones de manejo por o lesiones físicas manipulación de los equipos. parte del laboratorista, además de que se contó con su supervisión durante la práctica del laboratorio Procedimiento Alteración de la No dar los golpes necesarios Se Inspecciono que las burbujas hayan muestra para liberar todas las burbujas desaparecido, de lo contrario se seguía de aire generando golpes hasta lograrlo Determinación de Alteración del Tomar la lectura inicial antes La contabilización del tiempo fue hecha con más la lectura de arcilla ensayo de los 20 min o después de los de un cronometro por cilindro. 30 min Determinación de Aliteración de la Golpear la boca del cilindro El introducción del medidor dentro del cilindro la lectura de arena lectura se hizo de forma lenta y sin golpear las paredes Presionar el dispositivo hacia del mismo, se restaron las 10” a cada lectura abajo

Fuente: elaboración propia

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8. CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 8.1. CALCULOS 8.1.1. Equivalente de arena: 𝐸𝐴 =

 𝐸𝐴 =

𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ∗ 100 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎

Para la muestra No 1: 3.6 𝑝𝑢𝑙𝑔 ∗ 100 4.3 𝑝𝑢𝑙𝑔

𝐸𝐴 = 83.7 * Para las demás muestras se realiza el mismo procedimiento obteniendo los resultados, para el equivalente de arena de cada una, descritos en él se formato de toma de datos que se encuentra en el ítem 6. Datos. 8.1.2. Promedio: 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

∑ 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠

𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

83.7% + 85.0% + 83.3% + 85.7% 4

𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 84.4% ≃ 85 %

8.2.

ANALISIS DE RESULTADOS:

Como se puede observar, el equivalente de arena tiene un valor del 85%, ahora bien se evaluara, según las normas y especificaciones del manual de INVIAS 2012 para afirmados bases y subbases, que uso se le puede dar al material. A continuación se muestra la comparación de los datos de equivalente de arena requeridos por la norma con el valor hallado experimentalmente.

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TABLA 3 Requisitos de los agregados para subbases granulares.

Fuente: normas y especificaciones del manual de INVIAS 2012 para afirmados bases y subbases, tabla 320-2. Con modificaciones propias. Para materiales que se desempeñen como subbase granular se permite que el equivalente mínimo sea del 25 % sin importar cuál sea su clase (véase tabla 2). Lo que quiere decir que el material que se evaluó en el laboratorio cumple con el requisito ya que el porcentaje de equivalente de arena sobre pasa al mínimo por un 40%. Hay que tener en cuenta que la realización de este ensayo debe hacerse por lo menos una vez por semana. Se observa en la tabla 3, que para bases granulares el equivalente de arena mínimo es de 30 %, para este uso se agrega un 5% puesto que se necesita mayor calidad del material utilizado en esta capa. Sin embargo, aun teniendo en cuenta el incremento, el material objeto de estudio cumple sin mayor problema este requerimiento. Se observa de igual manera que para cualquier clase de base granular se requiere el mismo equivalente de arena mínimo, así que puede ser utilizado para clase C, B o A. Al igual que para subbases, este ensayo se debe realizar por lo menos una vez por semana. Este mismo requerimiento se debe tener en cuenta para bases tratadas con cemento para cualquiera de las dos clases (clase A y B).

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TABLA 4 Extracto de la tabla: requisitos de los agregados para bases granulares.

Fuente: normas y especificaciones del manual de INVIAS 2012 para afirmados bases y subbases, tabla 330-2. Con modificaciones propias.

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9. CONCLUSIONES Entre mayor sea el valor de equivalente de arena, el contenido de finos de la muestra es menor y viceversa, por lo tanto es más recomendable usar material con la menor cantidad de finos posible, es decir que tenga el mayor valor de equivalente de arena. El material que fue objeto de estudio, contiene un Equivalente de arena del 85% lo cual hace que el mismo sea de gran calidad si se desea para base o subbase granular, base estabilizada con emulsión asfáltica o base tratada con cemento. Se puede afirmar que el gran contenido de arena que posee la hace de una u otra forma más resistente a la acción del agua ya que su contenido de finos es poco.

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10. RECOMENDACIONES Se debe tener en cuenta que la realización del ensayo de equivalente de arena de suelos y agregados finos se debe realizar una vez por semana, como se indica en las normas y especificaciones del manual de INVIAS 2012 para afirmados bases y subbases. Entre menor sea la cantidad de personas que realicen el ensayo se tendrá un valor más exacto del ensayo realizado ya que puede variar el resultado en la lectura. El ensayo se debe realizar en un sitio libre de vibraciones ya que puede hacer que el material suspendido se sedimente a una mayor velocidad.

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11. BIBLIOGRAFÍA INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS), Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos. INV E-133, Bogotá D.C. MONTEJO F. ALFONSO, Ingeniería de pavimentos para carreteras. Tomo 1, Bogotá D.C., ISBN: 958-96036-2-9. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS), especificaciones generales de construcción de carreteras, cap. 3, Bogotá D.C

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