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Granulometría de agregados finos y gruesos I.N.V.E 213. J.Cantillo, G.King, G.Lozano, R.Manosalva, M.Ruiz. Materiales de construcción. Programa de Ingeniería Civil, Universidad del Norte.

1.Introducción Los agregados también llamados áridos son materiales inorgánicos naturales o artificiales que son añadidos al cemento junto con agua para así formar una mezcla compacta llamada concreto. Los agregados son utilizados para proporcionar una resistencia mecánica al concreto y ocupan el 60-75% del volumen total de este. Generalmente se dividen en 2 grupos: agregados finos cuyas partículas pasan el tamiz #4 (4.75mm) y agregados gruesos los cuales se retienen en el tamiz de abertura igual a 4.75mm. Estos agregados se someten a pruebas granulométricas para conocer la distribución de tamaño de sus partículas y así establecer la proporción de mezcla cementante y agua que se requiere para el concreto, su trabajabilidad, porosidad y la durabilidad que puede tener el concreto. Para la granulometría se utilizan una serie de tamices en orden decreciente, en el cual se van separando las partículas en sus diferentes tamaños para así conocer el tamaño máximo del agregado, su tamaño nominal y en el caso del agregado fino calcular su módulo de finura. El análisis granulométrico es de mucha ayuda para la construcción de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque con este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión que presenta el suelo.

2. Objetivos Objetivo General Determinar cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de un material, por medio de tamices de abertura circular progresivamente decreciente.

Objetivos específicos     

Conocer el equipo necesario para realizar la prueba de granulometría Realizar la configuración de tamices adecuada para el estudio granulométrico de la muestra analizada. Determinar el porcentaje de agregado fino útil para realizar mezclas. Realizar la gráfica de gradación para arena y grava. Analizar y determinar si los agregados fino y gracias utilizados son apropiados para la elaboración de mezclas.

3. METODOLOGÍA Con el objetivo de determinar la granulometría de los agregados fino y grueso propuestos en el laboratorio se realizó el proceso descrito a continuación:

Peso y secado del agregado: los agregados se encuentran inicialmente en un estado natural con humedad indefinida (agregado húmedo o secado al aire), por lo que es importante que ambos agregados se sometan a un proceso de secado antes de tamizar, esto con el objetivo de que el material no quede retenido en las paredes o rejillas de los tamices debido a su humedad. El secado se consigue depositando ambos materiales en un horno durante aproximadamente 16 horas.

Agregado grueso antes del secado

Agregado fino antes del secado

Una vez secado, se debe tomar el peso del material con el fin de conocer la cantidad total que va a utilizarse durante todo el proceso, además de tener un valor de referencia para comparar con la cantidad de material al final del proceso, la cual en condiciones ideales debe ser la misma. Seleccionar juego de tamices: para el tamizado se debe seleccionar un juego de tamices diferente para cada agregado. En caso del agregado fino, los tamices utilizados son los números 4, 8, 10, 16, 30, 40, 50, 100 y 200. Para el agregado grueso son los tamices de 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, numero 4, 8, 10, 16, 30, 40, 50, 100 y 200. Los tamices se deben organizar uno por debajo de otro de manera decreciente, situando el último tamiz (número 200 para ambos casos de agregados) en la parte más baja seguido de un fondo donde se retiene la cantidad de material que pasa por este.

Juego de tamices para agregado grueso

Proceso de tamizado: una vez armado de juego de tamices se debe verter en material en la parte superior un cerrarlo con una tapa, seguidamente se debe agitar el conjunto de tamices durante un periodo de tiempo de 8 a 10 minutos aproximadamente para ambos casos (agregado fino y grueso). Sin embargo, no debe emplearse todo el material en un solo ensayo, esto debido a que se debe dejar suficiente espacio para que el material logre pasar los tamices y la separación de las partículas sea realice de manera adecuada, una cantidad muy grande de material en este espacio dificulta el proceso, especialmente en el caso del agregado grueso ya que el tamaño de sus partículas se considerablemente mayor a las del agregado fino. Peso de la cantidad de material retenido en cada tamiz: una vez terminado el proceso de tamizado, el conjunto de tamices debe separarse para observar la cantidad de material que se retuvo en cada tamiz, pesando estas cantidades una por una en la balanza. La suma de todas estas cantidades debe ser igual a la cantidad de material inicial antes del proceso.

6. Resultados Agregado fino Tamiz N° 4 8 10 16 30 40 50 100 200 Fondo Total

Masa retenida(gr) 0.000 0.000 0.510 0.450 55.250 155.280 123.750 117.640 35.580 3.200 491.660

Porcentaje retenido 0.000 0.000 0.104 0.092 11.237 31.583 25.170 23.927 7.237 0.651 100.000

Porcentaje acumulado 0.000 0.000 0.104 0.195 11.433 43.015 68.185 92.112 99.349 100.000

retenido Porcentaje que pasa 100.000 100.000 99.896 99.805 88.567 56.985 31.815 7.888 0.651 0.000

Calculo de módulo de finura:

𝑀Ó𝐷 𝐷𝐸 𝐹𝐼𝑁𝑈𝑅𝐴 =

∑ 𝑃𝑂𝑅𝐶𝐸𝑁𝑇𝐴𝐽𝐸𝑆 𝐴𝐶𝑈𝑀𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂𝑆 𝑅𝐸𝑇𝐸𝑁𝐼𝐷𝑂𝑆 𝐸𝑆𝑇𝐴𝑁𝐷𝐴𝑅𝐼𝑍𝐴𝐷𝑂𝑆 (𝟏) 100

𝑀Ó𝐷𝑈𝐿𝑂 𝐷𝐸 𝐹𝐼𝑁𝑈𝑅𝐴 =

92.11 + 68.18 + 11.43 + 0.19 = 1.719 100

Calculo de Error:

𝐸𝑅𝑅𝑂𝑅 =

|𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿 −𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐼𝑁𝐼𝐶𝐴𝐿| 𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿

𝐸𝑅𝑅𝑂𝑅 =

∗ 100 (2)

|491.66 − 493.1| ∗ 100 = 0.292 491.66

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 )× 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 = (

100 (3)

% 𝑄𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 = 100% − % 𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 (4)

Agregado Grueso Tamiz N° 3/4" 1/2" 3/8" 4 8 10 16 30 40 50 100 200 Fondo Total

Masa retenida(gr) 12.480 1458.760 1447.230 783.790 3.480 0.120 0.340 0.410 0.420 0.320 0.510 0.520 0.230 3708.61

Porcentaje retenido 0.337 39.334 39.024 21.134 0.094 0.003 0.009 0.011 0.011 0.009 0.014 0.014 0.006 100

Porcentaje acumulado 0.337 39.671 78.694 99.829 99.923 99.926 99.935 99.946 99.957 99.966 99.980 99.994 100.000

retenido Porcentaje que pasa 99.663 60.329 21.306 0.171 0.077 0.074 0.065 0.054 0.043 0.034 0.020 0.006 0.000

Calculo de error:

𝐸𝑅𝑅𝑂𝑅 =

|𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿 − 𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐼𝑁𝐼𝐶𝐴𝐿| ∗ 100 𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿

𝐸𝑅𝑅𝑂𝑅 =

|3708.61 − 3715.9| ∗ 100 = 0.197 3708.61

5. Análisis de resultados Con base a los ensayos de laboratorio realizados para el análisis de agregados finos y gruesos se pueden observar las siguientes comparaciones:  Los resultados obtenidos en la masa después del tamizado se pueden usar para sacar conclusiones de los agregados puesto que las cantidades de masa inicial y final difieren en menos del 0,3% según la norma INV E-213. El resultado del error fue de 0,292 para los agregados finos y para los agregados gruesos fue de 0.197  Para elegir el agregado fino ideal para mezclas de concreto el porcentaje que pasa en el laboratorio debe encontrarse dentro de los límites según la norma NTC-174. (Tabla No. 1) en dicha tabla se encontrará la especificación y el resultado obtenido en el laboratorio. Tabla No. 1 Abertura de tamiz (mm) 2.360 1.180 0.600 0.300 0.150 0.075

Porcentaje que paso en el Límite laboratorio superior (%) 100.000 100.000 99.805 85.000 88.567 60.000 31.815 30.000 7.888 10.000 0.651 5.000

Límite inferior (%) 80.000 50.000 25.000 10.000 2.000 0.000

Densidad Máxima (%) 100.000 73.204 53.996 39.527 28.935 21.182

Fig. 1

Curva Granulométrica Agregado Fino 100.000 90.000 80.000 70.000

% Pasa

60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0.000 0.010

0.100 Abertura de Tamiz (mm) 1.000 Porcentaje que paso en el laboratorio Límite inferior (%)

Límite superior (%) Densidad Maxima

10.000

De la información proporcionada anteriormente del agregado fino se puede concluir que este tipo de agregado no cumple con las especificaciones de la norma NTC-174 por ende no se puede utilizar para realizar las mezclas de concreto. Para los agregados gruesos se tienen las siguientes especificaciones y resultados: El análisis del agregado fino se complementó calculando el módulo de finura de este, en el ensayo la muestra arrojo un módulo de finura de 1.719, según las especificaciones de la norma NTC-174 esta arena no es apta para las mezclas de concreto porque su valor es menor a 2.3. Tabla No.2

Abertura tamiz (mm) 25.000 19.000 9.500 4.750 2.360

N° Tamiz 1" 3/4" 3/8" 4 8

de Porcentaje que paso en el Límite laboratorio superior (%) 100.000 100.000 99.663 100.000 21.306 55.000 0.171 10.000 0.077 5.000

Densidad Límite inferior Máxima (%) (%) 100.000 100.000 90.000 88.382 20.000 64.700 0.000 47.363 0.000 34.573

Fig. 2

% Pasa

Curva Granulométrica Agregado Grueso 100.000 90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0.000 1.000

10.000

Abertura de tamiz (mm) Porcentaje que paso en el laboratorio

Límite superior (%)

Límite inferior (%)

Densidad Máxima

100.000

De esta información se puede concluir que el agregado grueso seleccionado en los ensayos cumple con las especificaciones de la norma NTC-174 y es ideal para ser utilizado en mezclas de concreto. Para el ingeniero civil es muy importante conocer el tipo de material con el que va a trabajar para así saber las propiedades mecánicas que el agregado posee y potenciar al máximo sus cualidades ya que gran parte de la mezcla de concreto está formada por agregados finos y gruesos. 6. CONCLUSIONES En este ensayo de laboratorio se evidenció el proceso de gradación de los agregados gruesos y finos por análisis de tamizado y es conveniente e importante hacerlo para conocer las propiedades mecánicas de los agregados con los que se trabajara y así, poder llevar a cabo un diseño de mezcla adecuado. Para realizar este laboratorio de manera óptima se debe tener en cuenta el buen manejo de los tamices, estos acumulan material que debe ser limpiado para así realizar buenas mediciones, el error en los cálculos se debe a la pérdida de masa final al terminar el tamizado para agregado fino, el movimiento a la hora de tamizar, la partición de la cantidad de muestra al momento de realizar el tamizado etc. ya que al momento de hacer el ensayo para agregado grueso se realizaron 3 mediciones individuales para no obstruir las aberturas de los tamices y luego juntar dichas cantidades . El error para el agregado fino fue de 0.292. En el caso del agregado grueso el error de pérdida de masa fue de 0.197. En estos ensayos se determinó el tamaño máximo (tamiz donde el porcentaje que pasa es del 100%) y el tamaño máximo nominal (tamiz donde se retiene un porcentaje de menos del 10%). En el agregado fino el tamaño máximo fue de 2.36 mm (tamiz No. 8) y el tamaño máximo nominal fue de 2 mm (tamiz No.10). Para los agregados gruesos el tamaño máximo fue de 25 mm (tamiz 1”) y el tamaño máximo nominal fue de 19 mm (tamiz ¾”). Los ensayos de laboratorio de granulometría deben realizarse periódicamente y con varios tipos de agregados para así tener variedad de material para hacer las mezclas de concreto. Gracias a los ensayos se pudo observar que el agregado fino no es apto y no cumple las especificaciones, por el contrario del agregado grueso que tiene una gradación de partículas que cumple con los estándares exigidos en las normas. 7. REFERENCIAS [1] Mamlouk, M. S., & Zaniewski, J. (2009). Materiales para ingeniería civil. Madrid:

Pearson Educación. [2] Concretos. Especificaciones de los agregados para concreto: NTC 174, 2000-06-21.

(2018). [ebook] Bogotá: ICONTEC. Recuperado de: http://zonanet.zonafrancabogota.com/www/resources/norma%20NTC%20174%20de%202 000.pdf [Accessed 12 feb. 2019]. [3] Análisis granulométrico de agregados finos gruesos: INV E -213.