caracterizaciÓn fÍsico quÍmica del agregado pÉtreo …

CARACTERIZACIÓN FÍSICO–QUÍMICA DEL AGREGADO PÉTREO DEL RIO

NEGRO EN LA CIUDAD DE VILLAVICENCIO (META)

GARCIA PAREJA JONATATH LARRY

MORALES BONILLA DANIEL JOSÉ

TAPASCO MARIO ANDRES

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

MODALIDAD DE GRADO

VILLAVICENCIO

2017



Análisis sistemático de literatura como requisito para optar al título de ingeniero civil


MORALES BONILLA DANIEL JOSÉ

TAPASCO MARIO ANDRES

ASESOR

Ing. MATEO AGUDELO VARELA

Mg. En Gestión Ambiental

Especialista en Planeación Ambiental


FACULTAD DE INGENIERIAS

MODALIDAD DE GRADO

VILLAVICENCIO

2017

AUTORIDADES ACADÉMICAS


Dr. MARITZA RONDÓN RANGEL

RECTOR NACIONAL

Dr. CESAR AUGUSTO PÉREZ LONDOÑO

DIRECTOR ACADÉMICO SEDE VILLAVICENCIO

Dra. RUTH EDITH MUÑOZ

DIRECTORA ADMINISTRATIVA

Dra. NANCY GIOVANA COCUNUBO

DIRECTOR COMITÉ DE INVESTIGACIONES

Ing. RAÚL ALARCÓN BERMÚDEZ

DECANO FACULTAD DE INGENIERÍAS

Ing. MARÍA LUCRECIA RAMÍREZ SUÁREZ

JEFE DE PROGRAMA

Ing. NELSON EDUARDO GONZALEZ ROJAS

COORDINADOR COMITÉ DE INVESTIGACIONES PROGRAMA DE

INGENIERÍA CIVIL

PAGINA DE ADVERTENCIA

La universidad cooperativa de Colombia,

sede Villavicencio no se hace responsable

de los conceptos emitidos por los autores

de este trabajo.

PAGINA DE ACEPTACIÓN

NOTA DE ACEPTACIÓN

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FIRMA PRESIDENTE DEL JURADO

___________________________________

FIRMA DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

Villavicencio, abril de 2017

“Todas aquellas responsabilidades en el siguiente trabajo son tomadas y con responsabilidad

de los autores; donde la universidad cooperativa de Colombia verificara el pertinente

cumplimiento de todas las condiciones mínimas que requiere el proceso científico y en su

caso todo el manejo ético del mismo” con información suministrada por la entidad privada

INGECIV C&C LTDA.

DEDICATORIA

Obtener esta nueva meta permite dar nuevos pasos en nuestros campos laborales,

personales, familiares ya que nunca habría sido posible si no contara con amigos, docentes,

ingenieros, arquitectos, pero ante todo a DIOS ya que estuvieron en este camino gracias a él

lo cual lo agradezco de corazón. A mis padres y personas queridas, quienes junto a mi

sacrificaron mucho más por ver culminar este proceso en mi vida quienes a pesar de la

distancia trataron de hacerme sentir ese calor de padres a Bellanira Pareja mi madre quien

siempre me alentó a no desistir a no quedarme en el camino a mi padre quien hizo desde el

principio el papel de ejemplo a seguir.

A mis amigos y todos esos compañeros que se presentaron en el camino. Quienes en poco

tiempo serán más que amigos, serán competencia laboral o equipo de trabajo quienes nos

esforzamos quienes nos apoyamos en diferentes circunstancias dando tiempo a cada espacio

de la difícil labor del estudiante, para quienes seguirán formando parte de este camino

ingenieros, que se convirtieron en esos amigos personales a ellos gracias.


Dedico este trabajo primeramente a Dios que siempre nos da la guía y la sabiduría para

seguir adelante y poder hacer las cosas de la mejor manera y a mis padres que han sido el

apoyo incondicional que he necesitado para poder realizar este logro y a mi novia que ha sido

una mujer que me ha acompañado y me ha apoyado siempre en mi vida y en todo el proceso

de mi carrera.

DANIEL JOSÉ MORALES BONILLA

Este Trabajo principalmente esta dedicado a mi madre que siempre ha estado apoyándome

en todos los momentos importantes de mi vida y darle las gracias a todas las personas que

como ella también me han apoyado, hoy puedo decir que ya tenga una meta completada y

que estoy a punto de completar el logro mas importante de mi vida hasta ahora.

MARIO ANDRES TAPASCO

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la Universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio por brindar la

posibilidad de formar profesionales con infinidad de capacidades por brindar instalaciones,

laboratorios, biblioteca y demás espacios que permiten adaptar y captar un conocimiento más

amplio fuera del aula o del campus universitario.

A el ingeniero ,MATEO AGUDELO VARELA quien siempre se encontró presente en

nuestro seguimiento académico, por acompañarnos en el proceso de investigación y más que

académico como persona quien siempre presenta su mejor disposición, por confiar en el

trabajo de nosotros como futuros profesionales.

A esos ingenieros, arquitectos, docentes quienes de corazón brindan un gran conocimiento

en la universidad cooperativa sede Villavicencio donde con compromiso quisieron generar

grandes semillas.

A el laboratorio universitario el cual siempre se encuentra en disposición para la

comunidad estudiantil a la empresa INGECIV C&C LTDA por brindarnos algún tipo de

información a los estudios y diseños que están realizando en la zona del rio negro.

Tabla de Contenido

Resumen ..................................................................................................................................... 1

Introducción ............................................................................................................................... 3

Planteamiento del Problema ...................................................................................................... 5

Formulación del Problema ......................................................................................................... 6

Justificación ............................................................................................................................... 7

Objetivos .................................................................................................................................... 8

Objetivo General .................................................................................................................... 8

Objetivos Específicos............................................................................................................. 8

Antecedentes .............................................................................................................................. 9

I. Caracterización Físico-Mecánica de Agregados Pétreos de la Formación Geológica

Toluviejo (Sucre) Para Producción de Concreto ................................................................. 10

II. El Sector de Materiales de Construcción en Bogotá-Cundinamarca ........................ 12

1. Marco Referencial ............................................................................................................ 14

1.1. Marco Espacial .......................................................................................................... 14

1.1.1. Departamento del Meta. ..................................................................................... 14

1.1.2. Municipio de Villavicencio................................................................................ 15

1.1.3. Rio Negro. .......................................................................................................... 17

1.1.4. Armo Ingeniería Ltda. ........................................................................................ 17

1.1.5. Hidrografía. ........................................................................................................ 19

1.1.6. Hidrología. ......................................................................................................... 20

1.1.7. Geología. ............................................................................................................ 20

1.1.8. Suelos. ................................................................................................................ 20

1.1.9. Características físicas del depósito de estudio. .................................................. 21

1.2. Marco Teórico ........................................................................................................... 25

1.2.1. Los Agregados Pétreos. ..................................................................................... 25

1.2.2. Origen de los Agregados Naturales. .................................................................. 27

1.2.3. Rocas ígneas....................................................................................................... 28

1.2.4. Rocas Sedimentarias. ......................................................................................... 30

1.2.5. Rocas Metamórficas........................................................................................... 32

1.2.6. Obtención y Clasificación de los Agregados Naturales. .................................... 35

1.2.7. Clasificación según su procedencia. .................................................................. 36

1.2.8. Clasificación Según su Tamaño. ........................................................................ 37

1.2.9. Clasificación Según su Densidad. ...................................................................... 38

1.2.10. Propiedades. ................................................................................................... 38

1.3. Marco Conceptual ..................................................................................................... 54

1.3.1. Agregado Fino. .................................................................................................. 54

1.3.2. Agregado Grueso. .............................................................................................. 55

1.3.3. Análisis Granulométrico. ................................................................................... 55

1.3.4. Caras Fracturadas. .............................................................................................. 55

1.3.5. Absorción. .......................................................................................................... 55

1.3.6. Equivalente de Arena. ........................................................................................ 55

1.3.7. Gravedad Específica Bulk en Condición Saturada y Superficialmente Seca

(SSS). 55

1.3.8. Contenido de Materia Orgánica. ........................................................................ 55

1.3.9. Gravedad Específica Bulk Aparente. ................................................................. 56

1.3.10. Gravedad Específica Bulk. ............................................................................. 56

1.3.11. Equivalente de Arena. .................................................................................... 56

1.3.12. Índice de Aplanamiento Global...................................................................... 56

1.3.13. Índice de Aplanamiento de una Fracción. ...................................................... 56

1.3.14. Índice de Alargamiento Global. ..................................................................... 56

1.3.15. Índice de Alargamiento de una Fracción........................................................ 56

1.3.16. Gravedad Específica. ...................................................................................... 57

1.3.17. Reactivo. ......................................................................................................... 57

1.3.18. Tamaño Máximo. ........................................................................................... 57

1.3.19. Tamaño Máximo Nominal. ............................................................................ 57

1.3.20. Partícula Plana. ............................................................................................... 57

1.3.21. Partícula Larga. .............................................................................................. 57

1.3.22. Partículas Deleznables.................................................................................... 57

1.3.23. Partículas Fracturadas. ................................................................................... 57

1.3.24. Vacíos. ............................................................................................................ 58

1.4. Características y Especificaciones de los Agregados y su Influencia en las Obras de

Ingeniería ............................................................................................................................. 58

1.4.1. Pavimentos. ........................................................................................................ 58

1.5. Marco Legal .............................................................................................................. 63

2. Diseño Metodológico ....................................................................................................... 65

2.1. Tipo de Estudio ......................................................................................................... 65

2.2. Fuentes y Técnicas para la Recolección de Información .......................................... 65

2.2.1. Etapa 1. .............................................................................................................. 65

2.2.2. Etapa 2. .............................................................................................................. 66

3. Análisis de Resultados ................................................................................................... 115

4. Conclusiones .................................................................................................................. 135

5. Recomendaciones .......................................................................................................... 138

Lista de Anexos

1. Anexo A. cálculos de resultados para su respectivo ensayo en CD.

2. Anexo B. registro fotográfico durante el seguimiento laboral o de laboratorio. Archivo

en CD.

Lista de Tablas

Tabla 1-Clasificación de las rocas ígneas según la profundidad y velocidad de consolidación

.................................................................................................................................................. 28

Tabla 2-Propiedades físico mecánicas ..................................................................................... 31

Tabla 3-Principales rocas y sus características como materiales de construcción ................... 33

Tabla 4-Clasificación según su tamaño ................................................................................... 37

Tabla 5-Resistencia a la compresión simple y módulo de elasticidad de algunas rocas ......... 49

Tabla 6-Resistencia .................................................................................................................. 50

Tabla 7-Pavimento flexible (S) ................................................................................................ 59

Tabla 8-Pavimento rígido (S)................................................................................................... 59

Tabla 9-Granulometría para material de sub-base (INV. E 13) ............................................... 61

Tabla 10-Granulometrías para material de base granular de gradación gruesa (INV. E 13) ... 62

Tabla 11-Granulometrías para material de base granular de gradación fina (INV. E 13) ....... 62

Tabla 12-Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V E-133-13 ....................... 115

Tabla 13-Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados

I.N.V E-211-13 ...................................................................................................................... 115

Tabla 14-Presencia de impurezas orgánicas en arenas usadas para la preparación del mortero

o concretos. I.N.V E-212-13 .................................................................................................. 116

Tabla 15-Porcentaje de material fino que pasa por el tamiz No. 200 en los agregados pétreos

mediante lavado. I.N.V E-214-13 .......................................................................................... 116

Tabla 16-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para sub-base granular

SBG 50. I.N.V E-213-13....................................................................................................... 117

Tabla 17-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para sub- base granular

SBG 38 ................................................................................................................................... 118

Tabla 18-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para base granular BG 40

................................................................................................................................................ 119


................................................................................................................................................ 120


................................................................................................................................................ 121

Tabla 21-Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos para base granular BG 25 122

Tabla 22-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para concretos NTC 174

................................................................................................................................................ 123

Tabla 23-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos I.N.V 213-13 .............. 124

Tabla 24-Análisis granulométrico del llenante mineral utilizado en la elaboración de mezclas

asfálticas. I.N.V E-215-13 ..................................................................................................... 125

Tabla 25-Densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de los agregados en estado

suelto y compacto para agregado fino. I.N.V E-217-13 ........................................................ 126

Tabla 26-Densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de los agregados en estado

suelto y compacto para agregado grueso. I.N.V E-217-13 ................................................... 127

Tabla 27-Cantidad de partículas livianas en un agregado pétreo. I.N.V E-221-13 ............... 129

Tabla 28-Densidad, densidad relativa, (gravedad específica) y absorción del agregado fino y

grueso I.N.V E-222-13 E I.N.V E -223-13 ............................................................................ 129

Tabla 29-Determinación del valor del 10% de finos. I.N.V E-224-13 .................................. 130

Tabla 30-Porcentaje de partículas fracturadas en un agregado grueso I.N.V E-227-13 ........ 130

Tabla 31-Análisis granulométrico para índice de aplanamiento y alargamiento ................... 131

Tabla 32-Índice de alargamiento y Aplanamiento ................................................................. 132

Tabla 33-Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión

utilizando el aparato Micro- Deval. I.N.V E-238-13 ............................................................. 133

Tabla 34-Solidez de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato de sodio o

de magnesio I.N.V. E-220-13 ................................................................................................ 134

Lista de Ilustraciones

Ilustración 1-Ubicación geográfica del departamento del Meta .............................................. 15

Ilustración 2-Municipio de Villavicencio ................................................................................ 16

Ilustración 3-Río Negro ........................................................................................................... 17

Ilustración 4-Esquema de localizaciones de beneficio y localización del área de explotación

.................................................................................................................................................. 21

Ilustración 5-Ciclo Geológico de las Rocas ............................................................................. 28

Ilustración 6-Serie de Bowen ................................................................................................... 29

Ilustración 7-Estados de saturación del agregado .................................................................... 46

Ilustración 8-Georreferencia lugar de extracción Rio Negro ................................................... 67

Ilustración 9-Colocación de la muestra, la carga abrasiva y el agua dentro del recipiente ... 113

Ilustración 10-Lavado de la muestra y las esferas sobre los tamices ..................................... 114

Lista de Fotografías

Fotografía 1-Extracción muestra rio Negro (Villavicencio–Meta) .......................................... 67

Fotografía 2-Ejemplo de muestra............................................................................................. 69

Fotografía 3-Muestra dividida ................................................................................................. 69

Fotografía 4-Cuarteo de la muestra.......................................................................................... 70

Fotografía 5-Vertimiento de la muestra ................................................................................... 71

Fotografía 6-Solución Stock .................................................................................................... 71

Fotografía 7-Solución en reposo .............................................................................................. 72

Fotografía 8-Muestra final ....................................................................................................... 72

Fotografía 9-Masa inicial de la muestra ................................................................................... 73

Fotografía 10-Terrones de arcilla ............................................................................................. 74

Fotografía 11-Material por el tamiz 200 .................................................................................. 74

Fotografía 12-Terrones de arcilla existentes ............................................................................ 74

Fotografía 13-Tamizaje material fino ...................................................................................... 76

Fotografía 14-Pesaje del material a usar .................................................................................. 76

Fotografía 15-Agua destilada (200 ml) .................................................................................... 77

Fotografía 16-Soda caustica disuelta en agua .......................................................................... 77

Fotografía 17-Estado inmediato de la mezcla .......................................................................... 78

Fotografía 18-Estado de la muestra 24 h después .................................................................... 78

Fotografía 19-Pesaje de la muestra a tamizar .......................................................................... 80

Fotografía 20-Retención tamiz 2" ............................................................................................ 80

Fotografía 21-Retención tamiz 1 1/2" ...................................................................................... 81

Fotografía 22-Retención tamiz No 4 ........................................................................................ 81

Fotografía 23-Retención tamiz No 16 ...................................................................................... 82



Fotografía 26-Retención tamiz No 100 .................................................................................... 83

Fotografía 27-Retención tamiz No 200 .................................................................................... 84

Fotografía 28-Muestra a usar ................................................................................................... 85

Fotografía 29-Material retenido en tamiz No 16 ..................................................................... 86

Fotografía 30-Material retenido en tamiz No 30 ..................................................................... 86

Fotografía 31-Material retenido en tamiz No 200 ................................................................... 87

Fotografía 32-Peso retenido en tamiz No 16 ........................................................................... 87

Fotografía 33-Peso retenido en tamiz No 30 ........................................................................... 88

Fotografía 34-Peso camisa a usar ............................................................................................ 89

Fotografía 35-Peso con la muestra al ras ................................................................................. 90

Fotografía 36-Golpeo con varilla a la muestra ........................................................................ 90

Fotografía 37-Peso muestra final ............................................................................................. 91

Fotografía 38-Reposo del sulfato de magnesio ........................................................................ 93

Fotografía 39-Muestra a ensayar ............................................................................................. 94

Fotografía 40-Masa inicial ....................................................................................................... 95

Fotografía 41-Secado de la muestra ......................................................................................... 95

Fotografía 42-Peso del recipiente con agua ............................................................................. 96

Fotografía 43-Solución de la prueba ........................................................................................ 96

Fotografía 44-Colado de solución ............................................................................................ 97

Fotografía 45-Masa de partículas flotantes .............................................................................. 97

Fotografía 46-Muestra sumergida .......................................................................................... 100

Fotografía 47-Apisonamiento de la muestra .......................................................................... 100

Fotografía 48-Muestra a usar ................................................................................................. 101

Fotografía 49-Masa de la muestra.......................................................................................... 101

Fotografía 50-Peso del recipiente con agua ........................................................................... 102

Fotografía 51-Vertimiento de la muestra ............................................................................... 102

Fotografía 52-Vertido de la solución ..................................................................................... 103

Fotografia 53-Secado muestra final ....................................................................................... 103

Fotografía 54-Muestra de uso ................................................................................................ 105

Fotografía 55-Aplicación de los 25 golpes ............................................................................ 105

Fotografía 56-Penetración de pistón ...................................................................................... 106

Fotografía 57-Muestra a compresión ..................................................................................... 106


Fotografía 59-Peso, pasa tamiz No 8 ..................................................................................... 107

Fotografía 60-Caras que presentan fracturas ......................................................................... 109

Fotografía 61-Caras que no presentan fracturas .................................................................... 109

Fotografía 62-Calibración de la muestra ................................................................................ 111

Fotografía 63-Calibración de aplanamiento de muestra ........................................................ 112

Lista de Gráficas

Gráfica 1-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para sub-base granular SBG.

50............................................................................................................................................ 117

Gráfica 2-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para sub-base granular SBG.

38............................................................................................................................................ 118

Gráfica 3-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para base granular BG. 40 119



Gráfica 6-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para Base granular BG. 25 122

Gráfica 7-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para concretos ................... 123

Gráfica 8-Curva de gradación de los agregados finos ........................................................... 124

Gráfica 9-Curva de gradación de los agregados .................................................................... 125

Gráfica 10-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para el cálculo de índice de

aplanamiento y alargamiento ................................................................................................. 131

1

Resumen

Debido al crecimiento poblacional de la ciudad de Villavicencio y al incremento en la

industria de la construcción en el departamento del Meta, ha sido de gran importancia evaluar

los materiales pétreos extraídos del Rio Negro para la realización de ensayos y la

confirmación de la calidad de dicho material en la fabricación de concretos y en la utilización

como material para bases y sub bases en vías, para ello se tiene en cuenta la Norma NTC 174

e I.N.V E-200-2013, en las cuales se describen los ensayos de laboratorio tales como el

análisis granulométrico de agregados gruesos y finos, densidad bulk y porcentaje de vacíos de

los agregados compactados o sueltos, sanidad de los agregados frente a la acción de las

soluciones de sulfato de sodio o de magnesio, cantidad de partículas livianas en los agregados

pétreos, gravedad específica y absorción de agregados gruesos y finos, porcentaje de caras

fracturadas en los agregados, índice de aplanamiento y de alargamiento de los agregados,

determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados, contenido

aproximado de materia orgánica en arenas usadas en la preparación de morteros o concretos,

equivalente de arena de suelos y agregados finos, determinación del material que pasa por el

tamiz de 75 µm (Nº 200) en los agregados pétreos mediante lavado, análisis granulométrico

del llenante mineral utilizado en la elaboración de mezclas asfálticas, determinación del valor

de 10% de finos, determinación de la resistencia del agregado grueso a la degradación por

abrasión utilizando el aparato micro-Deval, para determinar tanto su limpieza como el

contenido de sustancias perjudiciales, su durabilidad, absorción, granulometría y geometría

de las partículas, lo que facilita el alcance y la caracterización de este estudio.

Luego de tomada el material que fue extraída en el Rio negro del municipio de

Villavicencio (META) fue dirigida en su totalidad a el laboratorio de la empresa INGECIV

C&C LTDA y posterior mente una verificación con el acompañamiento del ingeniero mateo

Agudelo Varela; donde se realiza la respectiva caracterización físico – química del material

2

seleccionado, seguido a esto, se recogen los diferentes resultados dados por las formulas y las

especificaciones técnicas de la norma I.N.V 200-2013 para agregados pétreos, seguido a ello

se comparan los datos tomando los más factibles para el proceso y los cuales se encuentren

cerca o entre el rango que establece la calidad del material, para ser implementados en las

diferentes actividades de obras civiles.

3



Introducción

Los agregados pétreos son materiales granulares que se usan ampliamente para la

construcción de obras civiles, siendo la principal fuente de materia prima para la industria.

Por esta razón, es necesario conocer otros depósitos naturales de arena y grava que cumplan

con las exigencias definidas por las Normas Técnicas Colombianas, es por ello que se

realizan ensayos de laboratorio al material extraído de la fuente, en este caso del Rio Negro

en el municipio de Villavicencio.

La demanda de agregados pétreos es un indicador muy importante de la actividad

económica de un país, ya que conforma un parámetro representativo en el sector de la

construcción. De tal manera es primordial disponer de un adecuado suministro de agregados

como base necesaria para la puesta en marcha de proyectos de ingeniería civil. La escasez de

fuentes de agregados en cantidades y calidades apropiadas para satisfacer la demanda genera

un notable problema a la hora de llevar a cabo el desarrollo de proyectos de infraestructura.

Para la realización de esta investigación el material que se analiza se extrae del río Negro,

los agregados utilizados son:

Agregados finos: Arena de rio.

Agregados gruesos: T.M.N. de 2” y T.M de 2 ½”

A los cuales se les realizan los ensayos adecuados para su caracterización y se tiene en

cuenta lo establecido en la NTC -174, el Art 320-13, Art 330-13, Art 505-13 y Art 630 – 13

de las especificaciones INVIAS y la I.N.V 200-2013, para conocer la calidad de los

4

agregados en la fabricación de concretos y la utilización del agregado para bases y sub bases

en la conformación de vías.

Por tal motivo, la realización de este trabajo tiene como objetivo principal el ANÁLISIS

SISTEMÁTICO DE LITERATURA SOBRE LA CARACTERIZACIÓN FÍSICO –

QUÍMICA DEL AGREGADO PÉTREO DEL RIO NEGRO EN LA CIUDAD DE

VILLAVICENCIO (META) Siendo necesario conocer la calidad de los materiales pétreos

extraídos de la fuente minera, brindando seguridad a toda la población, la cual viene

creciendo con el pasar de los años, manifestando un desarrollo en la infraestructura de nuestra

ciudad.

5

Planteamiento del Problema

Villavicencio, capital del departamento del Meta por su ubicación geográfica y su riqueza

en materias primas, es una ciudad de referencia en Colombia y busca posicionarse como

ejemplo de crecimiento poblacional y desarrollo económico, industrial y tecnológico.

En los últimos años este crecimiento poblacional ha sido de manera exponencial y no

parece detenerse, lo cual ha hecho necesario un desarrollo importante en infraestructura. Por

tal motivo conocer la calidad de los materiales pétreos se hace necesario para brindar

seguridad a los habitantes propios y ajenos de la ciudad.

La importancia de su producción, cantidad y calidad de agregados pétreos en la ciudad de

Villavicencio para la construcción de obras civiles que se extraen del rio Negro radica en que

esta materia prima cumpla con las Normas Técnicas Colombianas en los diferentes usos en la

ingeniería, en especial en sus características físicas y mecánicas.

El departamento del Meta viene desarrollando obras de infraestructura vial, donde los

agregados pétreos hacen parte primordial en la construcción de carreteras. Los cuales deben

cumplir con las propiedades o características establecidas por la Normatividad Colombiana.

La ausencia y escases de fuentes de agregados apropiados para satisfacer la demanda generan

un notable problema a la hora de desarrollar proyectos de infraestructura vial a nivel regional.

Por lo anterior nuestra investigación se centrará en conocer esta fuente de agregados

pétreos para obras civiles como lo es el rio Negro, donde se le pueda dar uso adecuado al

material que se extrae de este yacimiento natural según las características determinadas,

brindando confianza a la comunidad y constructores al adquirir agregados pétreos de la

región.

6

Formulación del Problema

En la actualidad Colombia es un país en vías de desarrollo, con una marcada inversión

tanto pública como privada en proyectos de infraestructura en toda su amplia gama, es decir,

desde proyectos viales hasta proyectos de vivienda de interés social. En este orden de ideas,

el eslabón común para todos estos proyectos constructivos son los agregados pétreos.

En la nación hay una gran cantidad de licencias otorgadas para la explotación del material

pétreo de muchos afluentes importantes de cada una de las regiones; sin embargo, hay una

clara preocupación producto de la explotación localizada de estos materiales. Y se ha podido

notar cierto tipo de daños colaterales a estos puntos de explotación como lo son la

profundización del cauce, desvíos arbitrarios, huellas altas de carbono, erosión aguas abajo,

en fin un buen número de daños que a futuro pueden agravarse.

Es así como nosotros como ingenieros nos vemos en la obligación de buscar fuentes

alternativas a las existentes, no con el ánimo de generar problemas en diferentes sectores del

mismo afluente, sino con el fin último de disminuir la carga de explotación a los ya existentes

para así promover su recuperación progresiva.

7

Justificación

Los agregados pétreos constituyen un gran porcentaje como materia prima en la

construcción de obras civiles, sin desconocer que estos deben cumplir con unas

especificaciones técnicas necesarias para garantizar la calidad de los mismos y puedan ser

utilizados en diferentes proyectos de infraestructura.

Debido al desarrollo que ha tenido el departamento del Meta en especial su capital

Villavicencio en obras civiles, centra nuestro objetivo en investigar otra fuente de explotación

de agregados pétreos distinta a las ya existentes, para dar a conocer en el gremio la

disponibilidad de este material pétreo una vez se halla extraída la muestra necesaria y

ejecutados todos los ensayos de caracterización física – Químicas que indica la Norma

Técnica Colombiana y cumplan con la misma.

Es de resaltar que con la elaboración de este proyecto la Universidad Cooperativa de

Colombia, sede Villavicencio, está aportando al conocimiento y desarrollo de la ciudad y del

Departamento, ya que se dejara como bibliografía de consulta las características y

propiedades físico – Químicas de los materiales pétreos que se extraen del Rio Negro.

8

Objetivos

Objetivo General

Realizar el análisis sistemático de literatura sobre la caracterización físico – química del

agregado pétreo del rio negro en la ciudad de Villavicencio (meta de los agregados pétreos

según la Normas Técnicas Colombianas extraídos del rio Negro y su aplicación ingenieril.

Objetivos Específicos

Identificar y georreferenciación del sitio donde se extraerá la muestra del agregado

pétreo (Rio Negro).

Elaborar ensayos de caracterización física y química en su caso del agregado pétreo,

según la norma técnica colombiana NTC 174 e I.N.V E 200-13.

Evaluar los resultados obtenidos de la identificación del material pétreo según lo

estipulado en las Normas Técnicas Colombianas de ingeniería.

Determinar el uso que se le puede dar al material pétreo en la fabricación de

estructuras y vías.

Establecer la calidad de los materiales pétreos extraídos del Rio Negro.

9

Antecedentes

Si nos remontamos en la historia para ver en qué momento los agregados pasaron a ser

fundamentales en la vida del hombre, tenemos que retroceder varios miles de años, el

hombre primitivo usaba cierto tipo de rocas para hacer fuego, grandes obras de la antigüedad

como las pirámides de Egipto y los templos del sol y la luna en México construidos por los

aztecas, la gran muralla China y las calzadas romanas entre otras, todas usaron agregados

para su construcción, ya en el siglo XIX con la aparición de concretos y morteros gracias al

redescubrimiento del cemento y el asfalto como ligantes, posibilitaron una mayor celeridad

en los proyectos de construcción y una mayor variabilidad de formas y estructuras que han

potenciado el sector de la construcción. Hoy en día, y debido a la gran dependencia de la

actividad constructora, los agregados se han convertido en un material sin sustituto en la

sociedad. Estos son algunos ejemplos de la importancia de los agregados en el sector de la

construcción, se puede indicar que para la fabricación de un metro cubico de concreto

hidráulico son necesarias entre 1,8 y 1,9 toneladas de agregados, para una vivienda

unifamiliar entre 100 y 300 toneladas, para un colegio entre 2000 y 4000 toneladas, un

kilómetro de autopista unas 30000 toneladas.

En Colombia, cada día cuando usted se levanta va a consumir como mínimo de 3 a 5 Kg.

de agregado y alguien tiene que suministrar ese material, pero usted se preguntará ¿Cómo es

posible que vaya a consumir esa cantidad? La explicación es muy sencilla, cada día cuando

usted se dirige hacia su trabajo, envía a sus hijos al colegio, o simplemente quiere pasar un

rato de esparcimiento en un centro comercial, usted utiliza infraestructura pública o privada,

cuando usted está manejando por carretera, toma el metro, va a un aeropuerto o vive en un

edificio, estos están construidos básicamente con un 90% de agregados, y esos consumos, con

tanto volumen son estratégicos para cualquier país, y el país tiene el derecho y deber de

acceder a ellos.

10

De acuerdo a un estudio sobre el sector de los materiales de construcción, desarrollado por

Fedesarrollo en el año 2006, indica que entre los años 1994 a 2001 el consumo anual de

agregados pétreos se encontraba entre 32,5 millones y 57,2 millones de metros cúbicos,

representando el 7,8% del gasto en construcción de vías y edificaciones, generando a su vez

entre 22000 y 34000 puestos de trabajo, y aportando en el año 2004 regalías entre 3,3 y 5,5

de miles de millones de pesos, las contribuciones que el sector de los agregados Aportó al

estado por concepto impuesto de renta e IVA oscilan entre 7,1 y 12,4 miles de millones de

pesos en el año 2004. La extracción y producción de agregados pétreos para el sector de la

construcción represento en el año 2009 el 0.24% del PIB, por eslabonamiento directo de la

cadena de valor del sector se puede decir que el 6.7% de la economía colombiana depende de

la producción de materiales de construcción esto equivale a 32 billones de pesos (Asogravas-

2010).

A continuación, se hace una breve relación de los estudios encontrados en el desarrollo de

esta investigación:

I. Caracterización Físico-Mecánica de Agregados Pétreos de la Formación

Geológica Toluviejo (Sucre) Para Producción de Concreto

Autor: ALEX JOSÉ BRACAMONTE MIRANDA, MELBA LILIANA VERTEL

MORINSON Y JESÚS ANTONIO CEPEDA CORONADO

Universidad de Sucre (Sucre – Colombia).

Conclusiones:

El agregado producido en la formación Toluviejo utilizado en esta investigación y su

granulometría promedio no está dentro de los limites granulométricos establecidos por

la norma NTC. 174 especificaciones para los agregados para hormigón.

11

Existe cercanía dimensional entre variables que conforman las componentes

principales de la formación Toluviejo. Los pesos específicos (aparente, saturado

superficialmente seco, nominal) mantienen una alta similitud respecto a las demás

variables del grupo.

Bajo las condiciones de diseño de mezclas de concreto de forma normal, evaluando

las características de los agregados usados, sin adiciones que alteraran sus

propiedades, solo fue posible alcanzar la resistencia propuesta para los diseños de 280

kg/cm2. Para los diseños de 350 kg/cm2 no se logró en ninguno de los casos la

resistencia propuesta.

Concretos producidos con agregados procedentes de las trituradora en estudio en los

que se utilicen relaciones agua/cemento, menores a 0.4 presentan baja trabajabilidad

afectando la colocación y por consiguiente una disminución en el grado de

compactación de la mezcla, manifestando porosidad en el concreto.

Las variables predictores para la producción exitosa de concreto de 280 Kg/cm2

fabricado en condiciones normales son: coeficiente de friabilidad e índice de

aplanamiento.

La producción de concreto con agregados gruesos de la formación Toluviejo, con

valores de Índice de aplanamiento menores a 25% y coeficiente de friabilidad

menores a 30% garantizan probabilidades superiores a 85% para la producción de

concreto para 280 Kg/cm2 sin uso de aditivos.

12

II. El Sector de Materiales de Construcción en Bogotá-Cundinamarca

AUTORES: Camila Aguilar, Nicolás León, Marcela Meléndez.

Fedesarrollo, marzo de 2006.

Conclusiones:

El estudio señala la importancia de la minería de materiales de construcción en la

construcción de obras civiles y el peso que tiene la minería de la Sabana en la oferta de estos

materiales. La legislación ambiental al definir las zonas compatibles tiene un impacto

importante sobre el sector que se puede reflejar en el mediano y largo plazo en

desabastecimiento, precios más altos y finalmente en mayor informalidad. Es previsible que

con el paso del tiempo estos efectos aumenten, se hagan más visibles y empiecen a generar

presiones para un nuevo cambio de legislación. Si esto se prevé, dado que es deseable tener

estabilidad jurídica y mantener claridad en las reglas del juego, es conveniente generar, de

una vez, un marco jurídico para el sector que sea viable en el largo plazo y que no condicione

las reservas futuras de materiales.

Esto se logra definiendo zonas incompatibles con la minería (y no zonas compatibles) e

imponiendo normas ambientales claras, y si es necesario, más estrictas. Es importante anotar

que la legislación motiva la informalidad, por lo que es imprescindible mejorar las

herramientas para controlar la explotación ilegal, que es la que tiene mayores efectos

ambientales.

Desde el punto de vista de la política pública, otra alternativa que debe considerarse es la

de tomar medida para disminuir los costos de transporte. En algunos países el sistema férreo

ha facilitado este propósito.

13

Finalmente es importante recalcar la importancia de poder contar con mejores cifras para

el sector, en especial para la Sabana de Bogotá, que es previsible por haber sido declarada por

la legislación ambiental como zona de interés ecológico, va a estar sujeta a alta regulación.

En particular, para poder hacer una adecuada medición de la necesidad futura de acudir a

municipios por fuera de la Sabana, es necesario contar con una medida de las reservas no

tituladas en las zonas compatibles.

14

1. Marco Referencial

En este capítulo se contextualiza la investigación, ubicando el problema dentro de una

óptima concreta y un momento específico, así como también contiene los antecedentes

teóricos, históricos y legales que permiten sustentar el estudio.

1.1.Marco Espacial

En esta parte de la investigación se determina la zona geográfica en la cual se encuentra la

empresa en estudio.

1.1.1. Departamento del Meta.

El Meta es uno de los 32 departamentos de Colombia, su capital es la Ciudad de

Villavicencio, ubicado sobre la cordillera Oriental y caracterizado en la zona central

del país pues Puerto López, ombligo de Colombia es parte de este departamento, lo

que permite que sea muy prestigioso para sus habitantes y turistas por su cercanía con

la ciudad capital y demás departamentos; además posee con la fortuna de tener

numerosos afluentes del río Orinoco que atraviesan el departamento y que brotan en

la Cordillera Oriental, entre los cuales encontramos el rio Negro; que aunque no es

rio principal ni fuente minera hasta el momento puede llegarse a convertir en una, ya

que este rio es brazo del rio Guayuriba, principal fuente de nuestro departamento,

además si llegase a cumplir con todas las Normas exigidas, se beneficiaría tanto el

departamento como todas las empresas constructoras de obras civiles, pues es de gran

conocimiento que en nuestro departamento es utilizado gran cantidad de los

materiales para la construcción. (Ver Ilustración 1).

15

Ilustración 1-Ubicación geográfica del departamento del Meta

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Meta_(Colombia)#/media/File:Colombia_Meta_location_map_(adm_colored).svg “el

02 de marzo del 2017”.

1.1.2. Municipio de Villavicencio.

“La bella capital del departamento del Meta, es el mayor núcleo poblacional, económico,

administrativo y cultural de los Llanos Orientales de allí que se le llame Puerta del Llano.

Está situada al noroccidente del departamento del Meta, en el piedemonte de la cordillera

Oriental en la margen izquierda del río Guatiquía, localizada a los 04° 09” 12” de Latitud

Norte y 73° 38” 06” de Longitud Oeste y a una altura de 467 metros sobre el nivel del mar, es

la ciudad más grande de la región Oriental y la primera fuente comercial y de abastecimiento

para la región. Villavicencio limita con varios de los municipios principales del

Departamento como lo es Puerto López, Restrepo, Acacias y San Carlos de Guaroa”. (Ver

Figura 2).

https://es.wikipedia.org/wiki/Meta_(Colombia)#/media/File:Colombia_Meta_location_map_(adm_colored).svg

16

Su economía está caracterizada por los sectores agrícola, comercial e industrial. También

hacen presencia algunos molinos de arroz en el contorno de la ciudad, en la actualidad se le

está dando un gran impulso al turismo y durante los últimos años se han venido realizando

grandes construcciones de Centros Comerciales y mejoramiento de la infraestructura vial del

Municipio, mencionando la doble calzada Villavicencio-Bogotá que ahorrará en gran parte el

trayecto a la ciudad Capital y la doble calzada Villavicencio-Acacias.

Ilustración 2-Municipio de Villavicencio

Fuente: https://villavicencio.wikispaces.com/10+Mapas el 02 de marzo del 2017

“En el territorio municipal se distinguen dos regiones: una montañosa, ubicada al

Occidente y Nororiente del Municipio, conformada por el costado de la Cordillera

Oriental; la otra región es una planicie ligeramente inclinada hacia el Oriente y

Nororiente, correspondiente al pie de monte. Bordeada al Norte por el río Guatiquía,

https://villavicencio.wikispaces.com/10+Mapas

17

al Sur por el río Guayuriba; por la parte central de esta planicie cruzan los ríos Ocoa y

Negro, numerosos caños y corrientes menores. (Alcaldia de Villavicencio, 2017)

1.1.3. Rio Negro.

El río Negro nace en el páramo Chamizal, y atraviesa principalmente por la loma de San

Juan, la loma del Pañuelo, el Rosario, las Margaritas, San Cayetano y San José de las

palomas. El suelo que acompaña las zonas aledañas por las que atraviesa el río es demasiado

permeable y con poca retención de humedad, por lo que se destaca como principal fuente de

agua para el riego.

Ilustración 3-Río Negro

Fuente: INSTITUTO GEOGRAFICO AGUSTIN CODAZZI. Consultado en:

http://geoportal.igac.gov.co/ssigl2.0/visor/galeria.req?mapaId=7

1.1.4. Armo Ingeniería Ltda.

La empresa ARMO INGENIERÍA LTDA. Se encuentra ubicada en la ciudad de

BOGOTÁ y su domicilio social de esta empresa es CA 73 A 66 40.

La forma jurídica de ARMO INGENIERÍA LTDA. Es SOCIEDAD LIMITADA y su

principal actividad es "Actividades de arquitectura e ingeniería y actividades conexas de

asesoramiento técnico"


18

Plan de Manejo Ambiental para la Extracción y Beneficio de Materiales de Arrastre

(Mediana Minería)–Licencia de Exploración Nº BHM-112 (Mineracol LTDA.)

Expediente Nº 130.07-058 (CORMACARENA)

Ubicación: Vereda Rio Negrito (Villavicencio – Meta)

Titular: Sociedad ARMO INGENIERÍA LTDA.

El área de la licencia de exploración BHM-112, para el cual se solicita la licencia

ambiental, se encuentra localizado en la Vereda Rio Negrito, Municipio de Villavicencio,

departamento del Meta, aproximadamente a 14 Kms al sur oriente del casco urbano de

Villavicencio, se llega a esta área:

Tomando la vía que conduce del municipio de Villavicencio al municipio de Acacias.

Por el carreteable que conduce desde la vereda Las Mercedes a la vereda Rio Negrito

(carreteable que se desprende de la vía Villavicencio-Acacias aproximadamente a 11

Kms + 880 m. del casco urbano de Villavicencio o 2.650 m. aproximadamente del

estribo sur del puente sobre el rio Guayuriba en la vía Villavicencio-Acacias).

Carreteable de acceso a la finca los Naranjos propiedad de los solicitantes, que se

desprende del carreteable a la vereda Rio Negrito aproximadamente a 2.100 m de la

vía Villavicencio-Acacias.

Según las exigencias de Mineracol Ltda., y del Ministerio de Minas y Energía, para la

ubicación geográfica del área de la licencia de exploración, se estableció como punto

arcifinio, el puente del rio Negrito en la vía Acacias-Rio Negro con coordenadas planas de

origen Bogotá: X = 938.720 y Y = 1`041.340.

19

En consecuencia, con el análisis topográfico realizado se constató que el punto arcifinio

relacionado tanto en la solicitud de la licencia de exploración como en la resolución de

otorgamiento no concordaba con la realidad geográfica de la zona.

Se procedió entonces a realizar restitución cartográfica y relaciona el siguiente punto

arcifinio: BIFURCACIÓN DEL CARRETEABLE VEREDA LAS MERCEDES-VEREDA

RIO NEGRITO CON EL CARRETEABLE DE ENTRADA A LA FINCA LOS

NARANJOS cuyas coordenadas planas son: X = 938.653,40 metros Norte y Y =

1`041.363,50 metros Este.

1.1.5. Hidrografía.

El sistema hidrográfico del área de estudio se encuentra dentro de la vertiente oriental de

la cordillera oriental. Los flujos de agua provienen de lluvias (precipitación) que encausados

atraviesan zonas de cordillera para llegar gradualmente a la llanura oriental. Se caracteriza

este sistema por tener gran cantidad de caños.

El rio Guayuriba en su cuenca media, tiene como tributario importante la quebrada

Sardinata. El rio Negrito, se considera como el brazo izquierdo del rio Guayuriba que se

bifurca aguas antes de la confluencia con la quebrada Sardinata. Su cauce es permanente, en

su cuenca alta tiene pendientes fuertes a moderadamente fuertes, en su cuenca media y baja

tiene morfología sinuosa y con pendientes moderadamente bajas.

_____________________

4 DIRECTORIO DE EMPRESAS. [Base de datos en línea]. Tomado de:

http://www.informacion-empresas.co/Empresa_ARMO-INGENIERIA-LTDA.html [ 02 de

marzo del 2017]

20

1.1.6. Hidrología.

El cauce del rio Guayuriba pasa por la zona de estudio, con dirección NW-SE, atraviesa

geoformas de cordillera, piedemonte y llanura (zonas de escarpes, colinas, terrazas, mesetas,

abanicos aluviales y llanura aluvial). Está influenciado por el régimen pluviométrico tal que

el caudal que recorre por sus brazos principales son altamente fluctuantes y que sumado al

tipo de formación rocosa que atraviesa y baja consolidación de materiales de suelos (factores

de erosión), le imprimen un carácter de alta torrencialidad generando transporte y depósito de

cantidades importantes de sedimentos (conglomerados, gravas, arenas) localizados a lo largo

de su cauce.

1.1.7. Geología.

Geológicamente esta área de estudio, se encuentra aledaña a la cuenca del piedemonte

llanero. En la zona afloran formaciones geológicas sedimentarias de edad cretácica, terciarias

y cuaternarias, esta zona es afectada por fenómenos compresivos de fallamiento y

plegamiento inverso de ángulo bajo, siendo su origen de características epigeo sinclinal con

transgresiones en ciclos regresivos, de forma que predominan las facies de arcillas, areniscas,

lutitas y conglomerados que guían la evolución de la morfología y muy especialmente la zona

del piedemonte llanero.

1.1.8. Suelos.

En el área de estudio se tienen suelos clasificados por la sub-dirección agrologica del

IGAC. Son suelos de la asociación en reposo (Erab), que se encuentran en la parte norte del

rio Negrito, presentan explayamiento. En este sector se caracterizan por tener profundidad

moderada a moderadamente profunda, superficies planas mal drenadas con pendientes

menores del 7%, muy susceptibles a las inundaciones, estos suelos dan vida al bosque

húmedo tropical (Bh-T), hoy en día intervenidos en el área de estudio.

21

En general, esta asociación se caracteriza por tener materiales parentales de origen

sedimentario (sedimentos aluviales grueso, inclusiones aluviales finas).

1.1.9. Características físicas del depósito de estudio.

Estructura sedimentaria conglomeratica que en profundidad presenta capas alternas con

granos decrecientes hacia la base (De 4 mm. a 15 cm.), la matriz predominante está

compuesta de granos de arenas conglomeraticas lenticulares de composición cuarzosa y

calcárea con tamaños entre los 0,5 mm a 2,5 mm, se encuentran también granos de cuarzos en

menos cuantía con tamaños menores de 2 cm. Estos depósitos tienen estratificación inclinada

planar lo que indica que son de alta energía de fondo (abanico aluvial). En el área de estudio

estos depósitos alcanzan a tener varias decenas de metros en profundidad, poseen moderada

permeabilidad.

Ilustración 4-Esquema de localizaciones de beneficio y localización del área de explotación

Fuente: Licencia de exploración BHM-112 (CORMACARENA)

Conclusiones

De acuerdo con el estudio realizado:

22

De la evaluación hidrológica: La dinámica fluvial es un proceso natural cuya acción

es la formadora, destructora y regeneradora de los componentes bióticos (suelo,

vegetación y fauna), como también del componente humano (emigraciones e

inmigraciones). Es decir, balancea a favor o en contra un microambiente para un

determinado lapso de tiempo. La dinámica fluvial también interviene en la formación

de los depósitos aluviales tanto en extensión como en forma, es decir es un factor de

los procesos geomorfológicos.

Se comprobó que el cauce del rio Negrito mantiene una dinámica fluvial estable

que es influenciada por los periodos o cambios pluviométricos, por tanto, los valores

morfométricos (ancho, profundidad y área transversal), así como los valores de caudal

promedio, velocidad promedio son cambiantes y afectan los niveles máximos, medios

y mínimos de inundación.

No se hizo toma de muestras de agua para análisis químicos, solo se limitó a

realizar el análisis mediante la prueba del jabón, para saber si las aguas de estos

cauces eran químicamente duras o no duras, de forma tal que pudieran afectar el uso

de los materiales de arrastre en sus diversas aplicaciones.

El método de aforos que se empleo fue el de flotadores (envase de vidrio lleno a

dos tercios de su volumen), para este procedimiento se tuvo en cuenta:

Localización y distancia del tramo de recorrido del cauce.

Sección transversal del cauce, en el sitio de aforo.

Valores del coeficiente de flotación que se dan en función del de la

rugosidad del material constituyente del conducto en este caso lecho de

cauce aluvial.

23

De la evaluación geomorfológica: Se ha detectado de los procesos geomorfológicos,

que más predominan en esta zona son de la dinámica fluvial, tales como:

Erosión por socavamiento lineal de las terrazas aluviales.

Erosión por socavamiento lateral de las terrazas aluviales.

Erosión de escarpes erodados empinados de poca altura.

Acumulación de barras, islas.

De la evaluación geomecánica: Se comprobó que los materiales de arrastre

muestrados, son aptos para uso en industrias de la construcción, puesto que los

resultados de las pruebas de laboratorio así lo indican y corroborados con la prueba

del jabón es decir no están afectadas por aguas alcalinas.

De la capacidad aportante: La capacidad aportante del material de arrastre es

directamente proporcional con los periodos de pluviosidad reinante (mayor e invierno

y menor en verano), como también del grado de pendiente que tenga el cauce del rio.

Se aplicaron tres ecuaciones para predecir la tasa de transporte de sedimentos

relativo a carga de lecho bed load (qs) por los métodos de Meyer-Peter, Einstein y

Nielsen, las tres dieron resultados razonablemente parecidos.

Las cifras calculadas están sujetas a cierta incertidumbre proveniente de las

metodologías empleadas.

Con la cifra calculada de tasa de transporte mínima (correlación de Einstein), la

tasa de material de arrastre correspondiente a 304.128 Kg/día por unidad de ancho

lecho. Se puede decir entonces que para llenar un volumen de 12,2 m3 se emplearía

24

un tiempo de llenado de 0,40 horas o 23,6 minutos aproximadamente, de hecho, estas

tasas calculadas serán mayores en periodos de mayor pluviosidad.

Las cifras calculadas de la tasa de transporte de material de arrastre, superan las

expectativas esperadas y cumplen satisfactoriamente con rango de explotación

asignado a mediana minería.

Los tipos de carga sedimentológica, se diferencian fundamentalmente en el origen

y disponibilidad de los materiales transportados.

La gran mayoría de sedimentos, se mueven como carga de arrastre en una

proporción normalmente mayor del 80% y se origina en la cuenca exteriormente al

cauce.

Entre el 15 – 20% se originan directamente en el lecho del rio donde la

disponibilidad de sedimentos es limitada, siendo estos puestos en movimiento por

procesos difusivos asociados con la turbulencia de la corriente y dependen

únicamente de la intensidad de los procesos erosivos de la cuenca, estos materiales se

mueven como carga de suspensión.

Del cálculo de reservas: Con la realización de los apiques exploratorios, se

comprobó que la zona de la terraza aluvial a intervenir por explotación, presenta

homogeneidad en profundidad excavada, es decir el depósito es continuo en su

estructura y su espesor es superior a los 2,5 metros.

Del sistema de explotación del proyecto: Dentro del proceso de diseño del método

de explotación, se ha tenido en cuenta:

Localización y extensión superficial del área de la licencia en la terraza aluvial.

25

Las características morfométricos del sector de terraza aluvial a intervenir.

La distribución de la mecánica de fluidos.

La profundidad máxima de explotación.

Capacidad aportante de material aluvial.

Con estas premisas, se ha pretendido:

1) Adecuar un diseño de explotación técnico y rentable, lo cual hará posible sufragar

gastos representados en los programas de extracción, recuperación y readecuación.

2) Aprovechar la capacidad aportante de material aluvial que posee este rio.

3) Racionalizar la explotación de acuerdo con el tiempo de permanencia, abandono y

restauración del área.

1.2.Marco Teórico

1.2.1. Los Agregados Pétreos.

La información presentada a continuación es tomada de (Gutierrez de Lopez, 2003) en su

trabajo “El Concreto y Otros Materiales para la Construcción”

Los agregados constituyen un factor determinante en la economía, durabilidad y

estabilidad en las obras civiles, pues ocupan allí un volumen muy importante. Por

ejemplo, el volumen de los agregados en el concreto hidráulico es de un 65% a 85%,

en el concreto asfáltico es del 92% al 96%, en los Pavimentos del 75% al 90%.

Por lo anterior el estudio de sus propiedades físicas y mecánicas cobra especial

importancia para su adecuada y eficiente utilización.

26

Antes de empezar a estudiarlos es conveniente definir algunos términos utilizados

bien por el ingeniero o bien por el común de la gente, para que todos hablemos el

mismo idioma.

Agregado o árido: conjunto de materiales de composición mineral, naturales

o artificiales, generalmente inertes, usados en la construcción de obras civiles.

Agregado grueso o grava: material retenido en el tamiz No. 4, con un tamaño

entre 7.6 cm y 4.76 mm.

Agregado fino o arena: material pasante de la malla No. 4 y retenido en la

malla No. 200, con tamaños entre 4.76 mm y 74 Mieras (0.074 mm.).

Finos: son partículas pasantes del tamiz No. 200 con tamaños entre 0.074 mm

y 0.002 mm.

Sucio de río: término empleado para denominar en su totalidad el material de

arrastre de un río sin separación de tamaños, y tal como se puede extraer de un

depósito natural. En algunas regiones del país a este material se llama

Champurriado.

Gravilla: material de río o de cantera, separado en la fuente en tamaños

pasantes del tamiz 3/4" y retenido en el Nº 4, con tamaños entre 19.1 mm y

4.76 mm.

Arenón: arena natural de río o de veta, con tamaños pasantes del tamiz 3/8" y

retenidos en el tamiz Nº 40, es decir con tamaños entre 9.51 mm y 0.420 mm.

27

Cascajo: hace referencia exclusivamente al agregado rodado pasante del tamiz

1 1/2" y retenido en el tamiz Nº 4, con tamaños entre 38.1 mm y 4.76 mm.

(p.9).

1.2.2. Origen de los Agregados Naturales.

Los agregados naturales provienen de las rocas y se obtienen por un proceso de

fragmentación natural como el intemperismo y la abrasión o mediante un proceso

físico mecánico hecho por el hombre; en ambos casos conservan las propiedades

físicas: densidad, porosidad, textura, resistencia al intemperismo y composición

mineralógica de la roca madre.

Para comprender mejor las propiedades de los agregados como su textura,

porosidad, y su resistencia, tanto mecánica como al intemperismo, es necesario

estudiar un poco la genealogía de las rocas y su formación.

Las rocas originales o ígneas se produjeron por fenómenos geológicos internos de

la tierra al solidificarse la magna que es una mezcla heterogénea de diversos silicatos,

y posteriormente por fenómenos geológicos externos como la meteorización, con el

tiempo se formaron las rocas sedimentarias. Posteriormente las rocas sedimentarias e

ígneas al sufrir procesos de presión y temperatura formaron las rocas metamórficas.

Este proceso se conoce como un ciclo geológico de las rocas. (Ver figura 4).

(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.10)

28

Ilustración 5-Ciclo Geológico de las Rocas

Fuente: http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/750/978/html/3_ambientes_petrogenticos.html

1.2.3. Rocas ígneas.

“La mayor parte de la corteza terrestre está formada por rocas ígneas y de ellas se

forman las otras rocas por lo cual son llamadas originales” (Gutierrez de Lopez, 2003)

(p.10). En la tabla 1 se muestra la clasificación de las rocas ígneas según la

profundidad y velocidad de consolidación.

Tabla 1-Clasificación de las rocas ígneas según la profundidad y velocidad de consolidación

NOMBRE VELOCIDAD DE

SOLIDIFICACIÓN

LOCALIZACIÓN CARACTERÍSTICAS

DE LA TEXTURA

Intrusivas

Plutónicas

Abisales

Lenta

Cristalización a gran

profundidad

Fancritica: grano

uniforme y visible de 1

a 5 mm.

Filonianas Consolidación a Porfiritica: granos

http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/750/978/html/3_ambientes_petrogenticos.html

29

Hipoabisales Media profundidad media grandes en matriz fina.

Extrusivas

Efusivas o

Volcánicas

Rápida

Cristalización cerca

o sobre la superficie

por erupción

volcánica

Afanìtica: no se

aprecian los granos

matriz fina, o no.

Afanìtica: bombas

Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf

De acuerdo con la velocidad de enfriamiento de la magna, se produce una textura

determinada, relacionada con la adherencia del agregado a productos cementantes.

La cristalización en las rocas ígneas está gobernada por la serie de reacciones de

Bowen figura 5, en donde cada parte de mineral formado reacciona químicamente con

el líquido remanente del magna generando el mineral que se encuentra por encima. La

interrupción de esta serie que ocurre cuando los volátiles escapan, explica el por qué

se presentan rocas ígneas de diferente composición mineralógica. La interrupción

también puede darse por el asentamiento de algunos minerales formados primero.


Ilustración 6-Serie de Bowen


http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf


30

Las rocas que contienen los minerales de la parte superior son ricas en magnesio y

calcio y son de colores oscuros. Si los minerales constitutivos son los intermedios

tienen colores grises. Por último, los minerales de la parte inferior forman roca de

colores claros.

El proceso de formación influye en las características, así:

Granos de minerales de alta resistencia producen rocas de alta resistencia.

Texturas de grano más fino producen rocas de mayor resistencia.

Rocas ígneas extrusivas presentan un comportamiento más variable debido a

sus características de formación por lo cual son muy porosas y tienen

resistencia muy baja.

Ígneas intrusivas son de alta resistencia, ausencia casi total de poros y muy

homogéneas en su composición mineralógica.

Rocas compuestas por minerales como el olivino, piroxeno, anortita son más

inestables químicamente frente a las condiciones climáticas que las

compuestas por minerales pertenecientes a la parte inferior de la serie.

(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.11-12)

1.2.4. Rocas Sedimentarias.

Se derivan de los procesos de sedimentación de materiales naturales en un medio

fluido conformando capas o estratos gruesos o delgados.

Según su origen pueden ser:

Clásticas: compuestas de partículas, fruto de la erosión de otras rocas.

31

Orgánicas: formadas por la acumulación de material orgánico vegetal o

animal.

Químicas: formadas a partir de procesos o reacciones químicas naturales, tales

como evaporación, precipitación o reemplazamiento.

Las rocas sedimentarias constituyen el 75% de las rocas de la superficie; de ellas el

46% son lutitas, 32% arenisca y el 22% calizas.

Las rocas clásticas son las más comunes y se clasifican de acuerdo al tamaño de las

partículas que las conforman, directamente asociado con la energía cinética del fluido

que las transportó y permitió su acumulación. Estos agentes arrastran los materiales

redondeándolos y dándoles una forma y tamaño que posteriormente inciden en la

calidad del material como agregado.

La tabla 2 muestra una clasificación de las rocas sedimentarias clásticas según la

forma y tamaño del grano.


Tabla 2-Propiedades físico mecánicas

Roca Grano

Forma de grano más

general

Tamaño del

grano en mm

Conglomerado Cantos y gravas Redondeado 256 – 64

Brecha Fragmento Líticos Angulares 64 – 5

Arenisca Arena Redondeado o Angular 5 – 0.074

Limolita Limo Redondeado 0.074 – 0.002

Arcillolita Arcilla Laminar <0.002



32

Para emplear las rocas sedimentarias como material de construcción hay que tener en

cuenta:

Se debe determinar el tipo de cementante y la proporción de fragmentos, porque

ello determina la calidad y la rentabilidad.

La mayor uniformidad en el tamaño de las partículas disminuye su resistencia.

Al aumentar el redondeamiento de las partículas disminuye la resistencia de la

roca.


1.2.5. Rocas Metamórficas.

Se generan a partir de una recristalización parcial o total de las rocas ígneas,

sedimentarias y aún metamórficas, proceso que ocurre cuando las condiciones físico-

químicas lo permiten dependiendo de la temperatura, presión y presencia de fluidos

químicamente activos tales como líquidos calientes, vapores y gases.

Cuando una de las condiciones a que ha estado sometida una masa rocosa es la

presión se desarrolla una orientación preferencial de algunos o todos sus componentes

conocida como foliación o bandeamiento.

El metamorfismo crea una cementación, entrabamiento y recristalización de los

minerales ocasionando una resistencia a la compresión más alta en la roca

metamórfica que en la sedimentaria.

Al emplear las rocas metamórficas como material de construcción hay que tener en

cuenta que:

La porosidad es mínima en las rocas metamórficas.

33

La resistencia será mayor a mayor grado de metamorfismo, pero es menor su

durabilidad o resistencia a los factores climáticos.

Las rocas con alto contenido de mica o grafito presentan menor resistencia en

el sentido paralelo a la esquistosidad.

La foliación o bandeamiento produce alta resistencia en sentido normal y baja

en el sentido paralelo.

Se debe determinar el tipo de cementante y la proporción de fragmentos,

porque ellos determinan la calidad y rentabilidad de estas rocas.

La mayor uniformidad en el tamaño de las partículas disminuye su resistencia;

reacciones sucesivas de oxidación, hidratación y combinación con el

aluminato de calcio desprendido en la reacción química del cemento forman

sulfo aluminato de calcio, que produce la desintegración del concreto,

especialmente en regiones cálidas y húmedas.


Tabla 3-Principales rocas y sus características como materiales de construcción

Roca Método de Excavación

Requerido Fragmentación

Susceptibilidad a la

Meteorización

Granito Diorita Explosivos

Fragmentos irregulares

que dependen del uso

de los explosivos

Probablemente

resistente

Basalto Explosivos


que dependen de las

juntas y grietas

Probablemente

resistente

Toba Equipo o Explosivos


muchas veces con finos

en exceso

Algunas variedades

se deterioran

rápidamente

Arenisca Equipo o Explosivos En lajas, dependiendo

de la estratificación

Según la naturaleza

del cementante

Conglomerado Equipo o Explosivos

Exceso de finos

dependiendo del

cementante

Algunas se alteran

para formar arenas

limosas

34

Limonita Lutita Equipo Desde pequeños

bloques a lajas

Muchas se

desintegran

rápidamente para

formar arcilla

Caliza Masiva Explosivos Fragmentos irregulares

muchas veces lajas

Las vetas pizarrosas

se deterioran, pero

las otras son

resistentes

Cuarcita Explosivos Fragmentos irregulares

muy angulosos

Probablemente

Resistente

Pizarras Explosivos Esquisto


o ajeados, según la

foliación

Algunas se

deterioran con

procesos de

humedecimiento y

secado

Gnesis Explosivos


muchas veces

alargados

Probablemente

Resistente

Desechos

industrial o de

mina

Equipo

Depende del material,

pero en la mayoría de

los casos es irregular

La mayoría de las

variedades (excepto

las ígneas de mina)

deben considerarse

deteriorables Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf

Las micas son minerales presentes en rocas volcánicas sedimentarias y

metamórficas. El uso de agregados con estos minerales no es recomendable para

concretos hidráulicos, por la posibilidad de alteración con sustancias químicamente

activas derivadas de la hidratación del cemento. Cuando están presentes en el

agregado fino requieren mayor contenido de agua y por ende de cemento para lograr

una determinada resistencia.

Algunos minerales que contienen sulfuro de hierro, como las piritas, pueden

presentar reacciones sucesivas de oxidación, hidratación y combinación con el

aluminato de calcio desprendido en la reacción química del cemento formando

sulfoaluminato de calcio, que provoca la desintegración del concreto especialmente en

regiones cálidas y húmedas.



35

1.2.6. Obtención y Clasificación de los Agregados Naturales.

Los agregados empleados en la construcción pueden obtenerse por la explotación

de bancos de material, depósitos de rocas que afloran en la superficie terrestre, o por

extracción y clasificación del material que arrastran los ríos.

Nos referiremos en primera instancia a los bancos de material, sin olvidar que las

características y condiciones de calidad se aplican por igual a ambos materiales.


1.2.6.1.Elección de los bancos de material.

Los bancos de material se definen como lugares donde aflora la roca.

La ubicación de los bancos de material se debe apoyar en:

Cartografía de la zona.

Fotografías aéreas en pares estereoscópicos.

Mapas y cortes geológicos.

Datos y resultados de trabajos geotécnicos o geofísicos realizados en la zona o

sus alrededores.

Al elegir un banco de material se debe considerar:

Profundidad, espesor y extensión que lo hagan rentable.

Clase de material requerido de acuerdo al elemento estructural que se va a

construir.

Facilidad de acceso al lugar.

36

Distancia de acarreo hasta el sitio de la obra.

Derechos de propiedad de la zona donde se encuentra la cantera.

Costos de explotación.

La procedencia, el tamaño y la densidad son entre otras muchas, algunas de las

formas de clasificar los agregados.


1.2.7. Clasificación según su procedencia.

La información a continuación expuesta en este numeral proviene de (Gutierrez de Lopez,

2003) (p.16)

En primera instancia los agregados según su procedencia se clasifican en naturales

y artificiales.

1.2.7.1.Agregados naturales.

Provienen de la explotación de canteras o son producto del arrastre de los ríos.

Según la forma de obtenerse los podemos clasificar como Material de cantera y

Material de río. Conviene hacer la distinción porque el material de río al sufrir los

efectos de arrastre, adquiere una textura lisa y una forma redondeada que lo

diferencian del material de cantera que por el proceso de explotación tiene superficie

rugosa y forma angulosa. Como veremos más adelante la forma y la textura les dan

ventajas y desventajas al emplearse como agregados del concreto hidráulico o

asfáltico.

El material que se obtiene como producto de la trituración de los sobre tamaños del

material de río, adquiere las características físicas del material de cantera por el

37

proceso de trituración, pero conserva las cualidades mecánicas, propias como

resistencia al desgaste y al intemperismo, que tenía el material de río que le dio

origen.

1.2.7.2.Agregados artificiales.

Estos agregados se obtienen a partir de productos y procesos industriales, tales

como arcillas expandidas, escorias de altos hornos, limaduras de hierro, etc. En

algunos casos para ciertos tipos de concreto de baja resistencia, se suelen utilizar

algunos residuos orgánicos como cascarilla de arroz, de palma, café, etc., mezclados

con los agregados naturales para abaratar los costos del concreto y del mortero.

En el país se han realizado numerosas investigaciones utilizando los desperdicios

orgánicos o industriales con el objeto de producir un concreto de buenas

especificaciones, pero relativamente más barato.

El Instituto Colombiano de Productores del Cemento ICPC posee un banco de

investigaciones y presta el servicio de información a quien lo solicita.

1.2.8. Clasificación Según su Tamaño.

La tabla 4 muestra la clasificación de los agregados según su tamaño

Tabla 4-Clasificación según su tamaño

TAMAÑO DE LA

PARTÍCULA EN mm

DENOMINACIÓN

CORRIENTE

CLASIFICACIÓN

Pasante del tamiz N° 200

inferior a 0.002 mm

Entre 0.002 - 0.074 mm

Arcilla

Limo

Fracción fina o finos

Pasante del tamiz N° 4 y

retenido en el tamiz N° 200

Es decir entre 4.76 mm y 0.074

mm

Arena Agregado fino

Retenido en el tamiz N° 4

Entre 4.76 mm y 19.1 mm (N°

4 y 3/4")

Entre 19.1 y 50.8 mm (3/4" y

Gravilla

Grava

Piedra

Rajón, Piedra bola

Agregado grueso

38

2")

Entre 50.8 mm y 152.4 mm (2"

y 6")

Superior a 152.4 mm (6") Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf

1.2.9. Clasificación Según su Densidad.

Otra forma de clasificar los agregados es según su densidad, es decir la masa por

unidad de volumen, incluyendo el volumen de sus vacíos; la importancia de esta

clasificación radica en el peso final del producto cuando se emplean estos agregados, por

ejemplo, el concreto ligero. Según su densidad los agregados se clasifican en:

Ligeros: su densidad está entre 480-1040 kg/m3, por ejemplo: piedra pómez.

Normal: entre 1300 y 1600 kg/m3, por ejemplo, material de río.


1.2.10. Propiedades.

La información a continuación presentada, y propia de este numeral, es tomada de

(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.17-27)

1.2.10.1. Propiedades Químicas.

Los agregados conservan la composición mineralógica de la roca que les dio

origen; generalmente son inertes ya que no reaccionan químicamente con los demás

constituyentes. Sin embargo, desde 1946 se ha venido observando una reacción

química de algunos agregados con el cemento cuando se emplean dichos agregados en

concretos.

1.2.10.1.1. Reacción Álcali-Agregado.

Algunos agregados reaccionan con los álcalis del cemento especialmente los

agregados silicios y los agregados carbonatados. Los primeros cuando poseen óxidos

de silicio en sus formas inestables reaccionan con los hidróxidos alcalinos del


39

cemento, produciéndose un gel que aumenta de volumen a medida que absorbe agua

con lo que origina presiones internas en el concreto con la consiguiente expansión,

agrietamiento y ruptura de la pasta de cemento. Esta reacción se conoce como Álcali-

sílice. Los segundos producen una reacción similar llamada Álcali-carbonato, pero es

menos frecuente que la Álcali-sílice.

La reactividad potencial de los agregados se detecta mediante el ensayo químico

descrito en la norma NTC Nº 175, que básicamente consiste en determinar las

reacciones que ocurren entre el agregado después de triturado y una solución de

hidróxido de sodio.

Existen otras pruebas para determinar la afinidad del sílice del agregado y el álcali

del cemento, como la descrita en la norma ASTM-C227 llamada prueba de la barra de

mortero. En esta prueba se mide la expansión que se desarrolla en pequeñas barras de

mortero hechas con agregados finos o con agregados gruesos triturados y

almacenados a determinadas condiciones de temperatura y humedad durante un

tiempo prolongado, generalmente de tres a seis meses; aunque la prueba es demorada,

es suficientemente confiable.

Para determinar la reacción Álcali-Carbonato se usa la prueba descrita en la norma

ASTM-C586, conocida como la prueba del cilindro de roca.

La única reacción química favorable de los agregados se conoce como Epitaxia, la

cual mejora la adherencia entre ciertos agregados calizos y la pasta del cemento, a

medida que transcurre el tiempo.

40

1.2.10.2. Propiedades Físicas.

1.2.10.2.1. Granulometría.

La granulometría o gradación se refiere al tamaño de las partículas y al porcentaje

o distribución de las mismas en una masa de agregado. Se determina mediante el

análisis granulométrico que consiste en hacer pasar una determinada cantidad del

agregado a través de una serie de tamices standard, dispuestos de mayor a menor. Los

tamices se disponen de acuerdo a la utilización. Así por ejemplo la serie de tamices

que se usa para los agregados del concreto se ha escogido de tal forma que la abertura

del tamiz esté en relación de 1 a 2 con la abertura del siguiente tamiz.

La operación de tamizado debe realizarse según la norma NTC Nº 77 en la cual se

describe el tamaño de la muestra a ensayar y los procedimientos adecuados para

realizar un análisis granulométrico. Los resultados se consignan en una tabla en la que

deben aparecer: Peso de la muestra ensayada, peso del material retenido en cada

malla, % del material retenido, % retenido acumulado y % que pasa.

1.2.10.2.2. Curvas granulométricas.

Para una mejor visualización de la distribución del agregado, los resultados de un

análisis granulométrico se grafican mediante una curva granulométrica, en la cual

aparece sobre las ordenadas, en escala aritmética, el porcentaje que pasa a través de

los tamices y sobre las abscisas, en escala logarítmica o en escala aritmética, la

abertura de los tamices.

Una curva tendida indica un material bien gradado o con todos los tamaños y

corresponde a una gradación densa o cerrada, es decir, los espacios entre partículas

son mínimos, no existe ni exceso ni defecto de un tamaño determinado.

41

En cambio, una curva casi vertical indica un material mal gradado, en el que

predominan solo unos pocos tamaños y corresponde a una gradación abierta donde

aumentan los espacios vacíos.

Parámetros que se obtienen del análisis granulométrico. Además de determinar la

distribución de los tamaños y la ausencia o exceso de los mismos dentro de una masa de

agregados, de un análisis granulométrico se pueden sacar valores que luego son usados

como parámetros en los diseños o como factores de calidad, ellos son:

Tamaño Máximo: Se define como la menor abertura del tamiz que permite el

paso de la totalidad de la muestra, índica la dimensión de la partícula más grande

que hay en la muestra.

Tamaño Máximo Nominal: Se define como la abertura del tamiz

inmediatamente superior a aquél cuyo porcentaje retenido acumulado es del 15%

o más. Indica el tamaño promedio de partículas más grandes que hay dentro de

una masa de agregado.

Por lo general, un análisis granulométrico, el tamaño máximo y el máximo

nominal no coinciden. Por lo tanto, en las especificaciones debe indicarse

claramente de cuál de los dos se trata. Los términos tamaño máximo y tamaño

máximo nominal se aplican exclusivamente al agregado grueso.

Módulo de finura: Es un valor que permite estimar el grosor o finura de un

material; se define como la centésima parte del número obtenido al sumar los

porcentajes retenidos acumulados en los siguientes tamices Icontec empleados al

efectuar un análisis granulométrico: No. 100, 50, 30, 16, 8, 4, 3/8", 3/4", 1 1/2" y

los tamices siguientes cuya relación de abertura sea de 1 a 2.

El uso del módulo de finura se ha restringido al agregado fino y según este

módulo las arenas se clasifican en:

42

Arenas finas Módulo de finura entre 0.5 - 1.5

Arenas medias Módulo de finura entre 1.5 - 2.5

Arenas gruesas Módulo de finura entre 2.5 - 3.5

Cuando la arena está mezclada con grava se obtienen módulos de finura

mayores y a mayor proporción de grava en la arena mayor es el módulo de finura,

en este caso la clasificación se hace así:

Arenas finas Módulo de finura entre 2.2 - 2.6

Arenas medias Módulo de finura entre 2.6 - 2.9

Arenas gruesas Módulo de finura entre >2.9

Porcentaje de Finos: Se define como él % que pasa el tamiz Icontec No. 200

(0.074 mm.).

1.2.10.2.3. Formas de las partículas del agregado.

Para determinar la forma de las partículas en los agregados es necesario definir:

Redondez: Se aplica a la forma del filo; si la partícula tiene aristas bien definidas

se dice que es angular, si por el contrario sus aristas están gastadas por la erosión

o el rozamiento del agua se habla de partículas redondeadas.

Esfericidad: Es función de la relación entre área superficial y volumen. Esta

relación es menor en partículas esféricas incrementándose en partículas planas y

alargadas, según la esfericidad las partículas pueden ser esféricas, cúbicas,

tetraédricas, laminares y alargadas.

La forma de las partículas se indica con dos términos, aduciendo a su redondez y a su

esfericidad. Por ejemplo, cúbica redondeada o cúbica angular.

43

En general las gravas de río, glaciares, y conglomerados, así como las arenas de playa

o desierto son materiales redondeados, y pueden ser esféricos (cantos rodados) y

laminares. En cambio, los agregados obtenidos por trituración y los provenientes de

suelos residuales son angulares y su forma depende de la naturaleza de la roca y del

equipo de trituración; así serán cúbicos, tetraédricos, laminares y alargados.

La norma NTC No. 174 define los términos partícula plana y partícula alargada.

Partícula alargada. Es aquella cuya relación entre longitud y anchura es mayor

de 1.5 es decir:

(1)

Donde:

L = longitud de la partícula,

b = ancho de la partícula.

Partícula plana. Es aquella cuya relación entre el espesor y el ancho es menor

de 0.5, es decir:

(2)

Dónde:

d = espesor de la partícula,

b = ancho de la partícula.

1.2.10.2.4. Textura.

Esta propiedad del agregado se deriva indirectamente de la roca madre y es

responsable de la adherencia del agregado y de la fluidez de las mezclas de concreto.

44

Según la textura superficial podemos decir que el agregado es liso o pulido

(material de río) o áspero (material triturado). Esta textura está relacionada con la

dureza, forma, tamaño y estructura de la roca original.

1.2.10.2.5. Densidad.

Esta propiedad depende directamente de la roca que dio origen al agregado. La

densidad se define como la relación de peso a volumen de una masa determinada.

Pero como las partículas del agregado están compuestas de minerales y espacios o

poros que pueden estar vacíos, parcialmente saturados o llenos de agua según la

permeabilidad interna, es necesario hacer diferenciación entre los distintos tipos de

densidad.

1.2.10.2.6. Densidad absoluta.

Es la relación entre el peso de la masa de agregado y el volumen que ocupan solo

sus partículas sólidas.

(3)

Donde:

Ps = peso del material seco.

Vm = volumen de la masa.

Vv = volumen de vacíos

1.2.10.2.7. Densidad nominal.

Es la relación que existe entre el peso de la masa del agregado y el volumen que

ocupan las partículas del material incluidos los poros no saturables.

(4)

45

Donde:

Ps = peso de la muestra seca

Vm = volumen ocupado por la muestra

Vvs = volumen de los poros saturables.

1.2.10.2.8. Densidad aparente.

Está definida por la relación entre el peso y el volumen de las partículas de ese

material incluidos todos los poros, saturables y no saturables.

(5)

Dónde:

Ps = peso seco de la masa

Vm = volumen ocupado por la masa.

La norma NTC No. 237 indica la forma de determinar las diferentes densidades del

agregado fino y No. 176 la forma de obtener las diferentes densidades para el

agregado grueso.

Para el diseño de mezclas de concreto, la densidad que interesa es la densidad

aparente, pues con ella se determina el peso del agregado requerido para un volumen

unitario de concreto, porque los poros interiores de las partículas van a ocupar un

volumen dentro de la masa del concreto y el agua que se aloja dentro de los poros

saturables no hace parte del agua del mezclado. Es decir, en una mezcla de concreto el

material está saturado (tiene sus espacios vacíos llenos de agua), pero está

superficialmente seco.

46

La densidad aparente del agregado depende de su composición mineralógica y de

la cantidad de poros que tenga. Por lo general el valor de la densidad aparente está

entre 2.30 g/cm3 y 2.8 g/cm3.

1.2.10.2.9. Porosidad y absorción.

La porosidad del agregado es una cualidad muy importante, directamente

relacionada con la adherencia y resistencia a la compresión y flexión de las partículas,

así como a su comportamiento frente a problemas de congelamiento, deshielo e

intemperismo.

La porosidad está asociada a la capacidad de absorción de agua u otro líquido que

tienen los agregados, capacidad que depende del número y tamaño de los poros y de la

continuidad de los mismos.

Según su contenido de humedad, las partículas que conforman un agregado pueden

estar en los siguientes estados que muestra la figura No. 7.

Ilustración 7-Estados de saturación del agregado

Fuente: http://www.elconstructorcivil.com/search/label/MATERIALES%20DE%20CONSTRUCCION

En el caso 1, el material está seco, es decir, no tiene ni agua de absorción ni agua

libre, sólo tiene el agua adsorbida, es decir el agua de constitución mineralógica,

http://www.elconstructorcivil.com/search/label/MATERIALES%20DE%20CONSTRUCCION

47

estado que se obtiene sólo cuando el material ha estado en el horno a una temperatura

de 110 °C durante 24 horas o hasta que tenga peso constante.

En el caso 2 el material tiene alguna humedad, es decir los poros tienen

agua absorbida; es el caso del material al medio ambiente.

En el caso 3 el material tiene todos los poros saturados, pero está superficialmente

seco. Este estado se logra cuando el material ha sido sumergido mínimo 24 horas y se

seca superficialmente.

En el caso 4, el material está saturado y posee agua libre que da a las partículas

una película brillante.

Para determinar la absorción en agregados finos y gruesos se siguen las

indicaciones que aparecen en las normas NTC 237 y 176 respectivamente.

(6)

Donde:

Pss = Peso saturado y superficialmente seco

Ps = Peso seco.

1.2.10.2.10. Masa unitaria o peso unitario.

Se define como la relación entre el peso de una muestra de agregado compuesta de

varias partículas y el volumen que ocupan estas partículas agrupadas dentro de un

recipiente de volumen conocido. Es decir, el material dentro del recipiente sufre un

acomodo de las partículas dejando el menor espacio entre ellas; el mayor peso unitario

se tendrá cuando quepa más material dentro del mismo volumen, lo que depende

naturalmente de la granulometría, tamaño, forma y textura del agregado.

48

Existen dos tipos de masa unitaria a saber:

Peso unitario o compactado. Se define como el peso compactado del

material dividido entre el volumen que ocupa. La determinación de la

masa unitaria compactada se hace según la norma NTC No. 92.20

El valor de la masa unitaria compactada se utiliza para determinar el

volumen absoluto de agregado grueso en las mezclas de concreto.

Peso unitario suelto. Es la relación que existe entre el peso del

agregado suelto o en estado normal de reposo y el volumen que ocupa.

El peso unitario suelto es menor que el peso unitario compactado

porque el material en estado suelto ocupa un volumen mayor.

En el manejo del material se debe tener en cuenta el peso unitario

suelto por cuanto el transporte se hace en volumen y en estado suelto, y

por lo tanto el volumen del agregado para transportar y almacenar

siempre es mayor que el volumen del material colocado y compactado

en la obra.

1.2.10.2.11. Expansión o abultamiento.

Conocida también como hinchamiento de la arena, consiste en un aumento de

volumen, para un determinado peso de arena por la presión del agua entre las

partículas de arena cuando ésta se encuentra con agua libre. Si el agua libre aumenta

de un 5 a un 8%, el abultamiento puede llegar hasta un 20 o 30%. La expansión puede

ser máximo de un 40% para arenas finas y hasta un 20% para arenas gruesas.

49

Cuando se aumenta el contenido de agua libre la expansión disminuye y si la arena

está inundada no existe hinchamiento. Conviene tener esto en cuenta en el transporte y

almacenamiento de la arena.

1.2.10.3. Propiedades Mecánicas.

1.2.10.3.1. Resistencia.

Al emplear los agregados en obras de ingeniería, tal es el caso de concretos

hidráulicos, la resistencia de éstas, se relaciona directamente con la resistencia del

agregado, resistencia estrechamente relacionada con la estructura de los granos de la

partícula, o con el proceso de trituración y explotación; algunos procedimientos

inadecuados inducen previamente fallas en las partículas.

Se han desarrollado algunas pruebas para determinar la resistencia del agregado a

la trituración, que permiten dar una idea acerca del comportamiento del agregado en el

concreto. En la tabla Nº 5 se dan algunos valores típicos de resistencia a la

compresión y módulo de elasticidad de algunas rocas.

Tabla 5-Resistencia a la compresión simple y módulo de elasticidad de algunas rocas

Roca

Resistencia a la

Compresión Kg/cm2

Módulo de Elasticidad

Kg/cm2x10

5

Gabro 150 – 300 6 – 11

Granito 70 – 250 3 – 7

Basalto 100 – 300 2 – 10

Diabasa 60 – 130 3 – 9

Dolomita 150 – 250 2 – 8.4

Caliza 10 – 70 1 – 8.0

Arenisca 20 0.5 – 8.6

50

Lutitas 20 – 90 0.8 – 3.0

Gnesis 40 – 70 2 – 6

Mármol 50 – 80 6 – 9

Cuarcita 30 – 50 1.5– 10

Esquisto 70 – 200 4 – 7


La tabla 6 muestra la clasificación de las rocas según su resistencia a la compresión

simple.

Tabla 6-Resistencia

Descripción Resistencia a la Compresión Simple

(Kg/cm2)

Resistencia muy alta >2250

Resistencia alta 1120 – 2250

Resistencia media 560 – 1120

Resistencia baja 280 – 560

Resistencia muy baja <280


Como se dijo anteriormente la resistencia de la roca madre se comunica al

agregado, aunque debe darse especial cuidado al hecho de que los procesos de

explotación y triturado pueden disminuirla.

El módulo de elasticidad del concreto, depende del módulo de elasticidad del

agregado.



51

1.2.10.3.2. Tenacidad.

La tenacidad es la resistencia que ofrece el agregado al impacto, y tiene mucho que

ver con el manejo de los agregados, porque si estos son débiles al impacto pueden

alterar su granulometría y por consiguiente la calidad de la obra.

1.2.10.3.3. Adherencia.

Ya sea en el concreto hidráulico o en el concreto asfáltico la adherencia del

agregado es una característica importante, porque la resistencia y durabilidad de estos

concretos depende en gran parte del poder de aglutinamiento del agregado con el

material cementante (pasta de cemento o asfalto). La adherencia del agregado depende

de la forma, textura y tamaño de las partículas.

No existe un método para medir la adherencia de un agregado con el cemento, pero

la adherencia de un agregado con el asfalto si puede medirse mediante una norma

británica que consiste esencialmente en determinar el grado de amarre del asfalto con

los agregados que se van a utilizar en el campo.

1.2.10.3.4. Dureza.

Es la resistencia que ofrece el agregado a la acción del roce y al desgaste diario.

Los agregados empleados en carreteras, y pisos, deben ser especialmente resistentes al

desgaste.

Para determinar esta propiedad se emplea el ensayo de resistencia al desgaste en la

máquina de los Ángeles, ensayo descrito en las normas NTC 90 y 98, y que tiene en

cuenta la gradación y tamaño del material, por lo que es necesario hacer una

granulometría previa con el fin de determinar la gradación del ensayo que mejor

represente al agregado.

52

Según la gradación serán los tamaños y pesos de las muestras de agregado que va a

ensayarse y la carga abrasiva (número de esferas) y el total de revoluciones a las

cuales se somete la muestra.

Se obtiene así un porcentaje de desgaste, que se compara con el valor dado por la

especificación.

La dureza del agregado depende de su constitución mineralógica y de su

procedencia.

1.2.10.3.5. Sanidad de los agregados.

La sanidad de los agregados se refiere a su capacidad para soportar cambios

excesivos de volumen por la acción del intemperismo.

La capacidad del agregado para soportar los cambios de condiciones ambientales

depende de su procedencia, granulometría, forma, textura y porosidad.

Para determinar la sanidad de los agregados, se realiza en el laboratorio una

prueba, según la norma Icontec 126, que consiste esencialmente en someter los

agregados separados por tamaños a la saturación en una solución de sulfato de sodio o

sulfato de magnesio y después a un secado en el horno. Estas acciones constituyen un

ciclo. Generalmente se efectúan cinco ciclos; al finalizar el último ciclo se elimina el

sulfato y, seco el material, se procede a hacer análisis cualitativo y cuantitativo para

determinar el porcentaje del agregado no desgastado por la acción del sulfato.

El ensayo pretende reproducir en forma acelerada la acción de los procesos de

calentamiento, enfriamiento, humedecimiento, secado, congelamiento y deshielo, pues

cuando el agua se encuentra en un poro pequeño (diámetro menor de 4 mieras) no

puede salir fácilmente, pues ha aumentado su volumen en un 9% al congelarse y

53

entonces produce presión en el interior de la partícula que puede agrietarla, así el

sulfato presente en los poros cristaliza al evaporarse el agua por el secado, creando

presiones en el interior de la partícula que pueden equipararse a la acción del

congelamiento del agua.

Una baja resistencia del agregado al intemperismo compromete la durabilidad de la

obra, que no sólo afecta su aspecto superficial (descascaramiento) sino su estabilidad

por agrietamientos internos.

1.2.10.4. Presencia de Sustancias Perjudiciales.

1.2.10.4.1. Contenido de arcilla y material con diámetro inferior a 0.074 mm.

Los limos, arcillas y polvos procedentes de la trituración de las rocas con tamaños

menores de 0.074 mm de diámetro son perjudiciales si se encuentran en un alto

porcentaje en los agregados. La razón radica especialmente en que por ser tamaños

menores que los granos del cemento, se encuentran recubriendo los agregados más

gruesos impidiendo una buena adherencia entre éstos y la pasta de cemento.

Algunos tipos de arcilla, al entrar en contacto con el agua producen fenómenos de

expansión o encogimiento, que generan presiones internas que pueden agrietar la

estructura.

Por otro lado, la presencia de estas partículas con su incremento de superficie

específica aumenta la demanda de agua en las mezclas de concreto y por consiguiente

la cantidad de cemento.

El procedimiento para determinar el porcentaje de material que tiene un diámetro

menor de 0.074 mm (tamiz Nº 200) es la granulometría descrita en la norma NTC 78.

54

Para determinar si el material es limo o arcilla se emplean los ensayos de equivalente

arena o los límites de Atterberg.

1.2.10.4.2. Contenido de materia orgánica.

La materia orgánica es producto de la descomposición de los vegetales y sustancias

carbonosas, cuya composición química es ácido tánico y sus derivados conocidos con

el nombre de humus.

Cuando la presencia de humus es alta, especialmente en las arenas que por su

tamaño suelen retener más materia orgánica, se impide total o parcialmente el

fraguado del cemento.

Para determinar el contenido de materia orgánica de las arenas, se ejecuta un

ensayo cualitativo, según la norma NTC 127, comparando la coloración que produce

la muestra de arena al agregarle una solución de hidróxido de sodio al 3%, con una

tabla de colores cuyo resultado es un número que indica el color de referencia.

La norma NTC 127 especifica la forma de realizar el ensayo y la NTC 174,

especifica el valor que debe dar el ensayo para la aceptación o rechazo de la arena.

La presencia de otras partículas como terrones de arcilla, carbón, madera, lignito,

mica, pueden disminuir la resistencia del concreto, o poner en peligro su durabilidad.

1.3.Marco Conceptual

1.3.1. Agregado Fino.

Cantidad del material que pasa el tamiz N° 4 y queda retenido el 100% en el tamiz N°

200.

55

1.3.2. Agregado Grueso.

Material retenido el 100% en el tamiz N° 4 y proviene de la desintegración de las rocas.

1.3.3. Análisis Granulométrico.

Distribución de los tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de un material,

por medio de tamices de abertura cuadrada progresivamente decreciente.

1.3.4. Caras Fracturadas.

Superficie angular, áspera o quebrada de una partícula de agregado, formada por

trituración por medios artificiales o por la naturaleza.

1.3.5. Absorción.

Masa del agua que llena los poros permeables de las partículas de agregado sin incluir el

agua adherida a la superficie de las mismas, expresada como porcentaje de la masa seca del

agregado.

1.3.6. Equivalente de Arena.

Proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos

o agregados finos

1.3.7. Gravedad Específica Bulk en Condición Saturada y Superficialmente

Seca (SSS).

Relación entre el peso en el aire en condición saturada y superficialmente seca, incluyendo

el peso del agua que ocupa los vacíos de las partículas luego inmersión durante 15 horas

(pero sin incluir los vacíos entre partículas) y el peso en el aire de un volumen igual de agua

destilada, libre de gas, a la misma temperatura.

1.3.8. Contenido de Materia Orgánica.

Cantidades de impurezas orgánicas que puedan estar presentes en el material.

56

1.3.9. Gravedad Específica Bulk Aparente.

Relación entre el peso en el aire del volumen de la porción impermeable del agregado a

una determinada temperatura y el peso en el aire de un volumen igual de agua destilada, libre

de gas, a la misma temperatura.

1.3.10. Gravedad Específica Bulk.

Relación entre el peso en el aire del volumen de agregado (incluyendo los vacíos

permeables e impermeables de sus partículas, pero no los vacíos entre partículas) a una

determinada temperatura y el peso en el aire de un volumen igual de agua destilada, libre de

gas, a la misma temperatura.

1.3.11. Equivalente de Arena.

Proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos

o agregados finos.

1.3.12. Índice de Aplanamiento Global.

Masa del total de las partículas planas expresada como porcentaje del total de la masa seca

de las partículas sometidas al ensayo.

1.3.13. Índice de Aplanamiento de una Fracción.

Porcentaje en masa de las partículas planas de la fracción.

1.3.14. Índice de Alargamiento Global.

masa total de las partículas largas expresada como porcentaje del total de la masa seca de

las partículas sometidas al ensayo.

1.3.15. Índice de Alargamiento de una Fracción.

Porcentaje en masa de las partículas largas de la fracción.

57

1.3.16. Gravedad Específica.

Relación entre la masa (o peso en el aire) de un volumen de sólidos y la masa de un

volumen igual de agua a una temperatura establecida. Su valor es adimensional.

1.3.17. Reactivo.

Toda sustancia que interactúa con otra en una reacción química y que da lugar a otras

sustancias de propiedades, características y conformación distinta, denominadas productos de

reacción o simplemente productos.

1.3.18. Tamaño Máximo.

Abertura del menor tamiz de la serie o de menor abertura, por el que pasa todo el material.

1.3.19. Tamaño Máximo Nominal.

Abertura en milímetros de la malla cuadrada del menor tamiz que retiene como máximo el

5% del peso total del agregado seco.

1.3.20. Partícula Plana.

Partícula cuya dimensión mínima (espesor) es inferior a 3/5 de la dimensión media de la

fracción.

1.3.21. Partícula Larga.

Partícula cuya dimensión máxima (largo) es superior a 9/5 de la dimensión media de la

fracción.

1.3.22. Partículas Deleznables.

Partículas que se rompen o deshacen fácilmente.

1.3.23. Partículas Fracturadas.

Partícula de agregado que tenga al menos el mínimo número de caras fracturadas

especificadas (generalmente una o dos).

58

1.3.24. Vacíos.

En un volumen unitario de agregados, es el espacio entre partículas en una masa de

agregado no ocupado por materiales minerales sólidos.

1.4.Características y Especificaciones de los Agregados y su Influencia en las

Obras de Ingeniería

La información presentada en el actual numeral es tomada de (Gutierrez de Lopez, 2003)

(p.27-29)

1.4.1. Pavimentos.

El pavimento es la superestructura de la obra vial que hace posible el tránsito de

los vehículos con la comodidad, seguridad y economía previstas en el proyecto.

Los pavimentos se dividen en flexibles y rígidos, definidos así por las

características y estructuración de los materiales que los constituyen.

Los pavimentos flexibles están formados en general por sub-base, base y capa de

rodadura. En la base y sub-base se emplean agregados pétreos. La capa de rodadura se

fabrica con agregados pétreos y asfalto.

Los agregados utilizados en cada capa deben ser de mejor calidad a medida que se

acerca a la superficie, porque los esfuerzos producidos por los vehículos son altos en

la capa de rodadura y disminuyen con la profundidad. Estos pavimentos se denominan

flexibles porque admiten algunos grados de deformación.

Los pavimentos rígidos están compuestos por una sub-base y una losa de concreto

que debe absorber los esfuerzos transmitidos por los vehículos, por lo que debe ser

resistente a los esfuerzos de flexión y descansar sobre una superficie uniforme, la sub-

base, que debe ser de material granular.

59

En las tablas Nº 7 y Nº 8 se esquematizan las funciones que deben cumplir las

diferentes capas de los pavimentos y las características de los agregados que se

relacionan con ellos.

Tabla 7-Pavimento flexible (S)

Nombre de la Capa Funciones Principales Características de los Agregados

Capa de rodadura

Recibir y transmitir

esfuerzos incluyendo la

fricción rueda-superficie.

Proveer una superficie

impermeable.

Proporcionar una

superficie que ofrezca

seguridad y confort

Prestar estas funciones

durante la vida de servicio

Dureza, desgaste, gradación,

densidad, porosidad,

limpieza, rugosidad, forma

de partículas

Gradación

Rugosidad, resistencia al

pulimiento

Solidez, gradación y

absorción

Base y Sub-base

Recibir, absorber y

transmitir esfuerzos en

magnitud controlada

Proporcionar drenaje

adecuado

Prestar estas funciones

durante la vida de servicio

Dureza, desgaste, gradación,

densidad, porosidad,

limpieza, rugosidad, forma

de partículas

Gradación

Gradación, solidez y

absorción


Tabla 8-Pavimento rígido (S)

Nombre de la Capa Funciones Principales Características de los


60

Agregados

Losa de Concreto

Absorber esfuerzos de

compresión y flexión

Proporcionar una superficie

impermeable, de textura

adecuada

Absorber esfuerzos, debidos

a cambios de temperatura

Resistir agentes climáticas

Dureza, desgaste, forma de

partículas, rugosidad,

gradación, densidad,

absorción, limpieza

Gradación, rugosidad,

desgaste, resistencia al

pulimiento

Forma de partículas,

limpieza, coeficiente de

expansión térmica

Solidez, porosidad,

composición mineralógica

Sub-base

Controlar cambios de volumen,

prevenir el bombeo (salida de

finos con el agua por las juntas),

permitir el drenaje, dar apoyo

uniforme a las losas

Gradación, limpieza, dureza,

solidez, absorción


A continuación, se relacionan las principales características de los agregados que

determinan la calidad del pavimento.

1.4.1.1.Granulometría.

En la construcción de las diferentes capas del pavimento, la granulometría de los

agregados juega un papel primordial en su comportamiento y durabilidad. Una buena

gradación implica un mejor acomodamiento de las partículas y una mayor resistencia


61

a los esfuerzos de flexión y compresión. Esto ha llevado a recomendar el uso de

determinadas gradaciones según que la estructura a construir sea afirmada, sub-base,

base, o carpeta asfáltica. Normalmente, la entidad contratante de una obra especifica

la franja granulométrica dentro de la cual debe estar la gradación del agregado o

agregados que se van a utilizar.

En las tablas No. 9, No. 10 y No. 11, se dan algunos ejemplos de granulometrías

que según el Instituto de Vías I.N.V E 13 se deben cumplir cuando se utilizan

agregados en la construcción de sub bases, bases y afirmados.

Tabla 9-Granulometría para material de sub-base (INV. E 13)

% Que Pasa

Tamiz SBG-50 SBG-38

2” 100 -------

1½” 70-95 100

1” 60-90 75-95

½” 45-75 55-85

3/8 40-70 45-75

Nº 4 25-55 30-60

Nº 10 15-40 20-45

Nº 40 6-25 8-30

Nº 200 2-15 2-15

62

Tabla 10-Granulometrías para material de base granular de gradación gruesa (INV. E 13)

% Que Pasa

Tamiz BG-40 BG-27

1½” 100 -----

1” 75 – 100 100

¾” 65 – 90 75 – 100

3/8 45 – 68 52 – 78

Nº 4 30 – 50 35 – 59

Nº 10 15 – 32 20 – 40

Nº 40 7 – 20 8 – 22

Nº 200 0 – 9 0 – 9

Tabla 11-Granulometrías para material de base granular de gradación fina (INV. E 13)

% Que Pasa

Tamiz BG-38 BG-25

1½” 100 -----

1” 70 – 100 100

¾” 60 – 90 70– 100

3/8 45 – 75 50 – 80

Nº 4 30 – 60 35 – 65

Nº 10 20 – 45 20 – 45

Nº 40 10 – 30 10 – 30

Nº 200 5 – 15 5 – 15

63

1.5.Marco Legal

Para el desarrollo de esta investigación se tomó como marco legal las normas del INVIAS

I.N.V E-2013, las cuales establecen el procedimiento y cálculo de resultados de los ensayos

que se realizaron, entre ellos están:

I.N.V E-133. Equivalente de arena de suelos y agregados finos.

I.N.V E-201. Muestreo de agregados para construcción de carreteras.

I.N.V E-202. Reducción del tamaño de las muestras transportadas.

I.N.V E-211. Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los

agregados.

I.N.V E-212. Contenido aproximado de materia orgánica en arenas usadas en la

preparación de morteros o concretos.

I.N.V E-213. Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos.

I.N.V E-214. Cantidad material fino que pasa tamiz N° 200 en los agregados.

I.N.V E-215. Análisis granulométrico del llenante mineral utilizado en la elaboración

de mezclas asfálticas.

I.N.V E-217. Densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de los agregados

en estado suelto y compacto.

I.N.V E-220. Solidez de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato

de sodio o de magnesio.

I.N.V E-221. Cantidad de partículas livianas en los agregados pétreos.

I.N.V E-222. Densidad, densidad relativa (gravedad específica) y absorción de

agregados finos.

I.N.V E-223. Densidad, densidad relativa (gravedad específica) y absorción de

agregados gruesos.

I.N.V E-224. Determinación del valor del 10% de finos.

64

I.N.V E-227. Porcentaje de caras fracturadas en un agregado grueso.

I.N.V E-230. Índice de aplanamiento y de alargamiento de los agregados para

carreteras.

I.N.V E-238. Determinación de la resistencia del agregado grueso a la degradación

por abrasión utilizando el aparato MICRO-DEVAL.

NTC 174. Especificaciones de los agregados para concretos.

ARTÍCULO 320-14 de las especificaciones INVIAS.




65

2. Diseño Metodológico

En este capítulo presenta la metodología para la ejecución del presente trabajo. Se

muestran aspectos como el tipo de investigación, las técnicas y procedimientos que se

llevaran a cabo en la investigación.

Donde el principal objetivo es determinar las características y propiedades de los

agregados pétreos procedentes del rio negro en el municipio de Villavicencio, obteniendo

resultados que podrían ayudar a saber si este tipo de material es adecuado para la utilización

de concretos y construcción de carreteras.

2.1.Tipo de Estudio

El tipo de investigación utilizado es el cuantitativo con un enfoque descriptivo, ya que se

busca especificar las propiedades y características físico-mecánicas importantes de los

agregados pétreos extraídos del rio Negro para ser recolectados y analizados con medición

numérica estableciendo con exactitud si cumple con las Normas Técnicas Colombianas.

2.2.Fuentes y Técnicas para la Recolección de Información

Este proyecto tendrá diferentes etapas para llegar al objetivo principal que es la

caracterización de estos materiales.

2.2.1. Etapa 1.

2.2.1.1.Exploratoria.

En esta etapa se hace recolección y consulta de toda la bibliografía necesaria para definir

las aplicaciones ingenieriles que se le pueden dar a los diferentes agregados pétreos. Como

también de los ensayos que exige la norma técnica colombiana para cumplir con el objetivo

de este proyecto.

66

2.2.2. Etapa 2.

2.2.2.1.Diagnóstica.

Se realiza una visita al río Negro con el fin de identificar el lugar donde se realizará la

extracción de las muestras de los agregados pétreos con destino al laboratorio para su

respectivo análisis para determinar las características físicas y mecánicas del material.

Los formatos y cálculos que se realizaron fue basados en las especificaciones técnicas de

la norma INVIAS 2013 (Ver Anexo A)

2.2.2.2.Muestreo de agregados para la construcción de carreteras I.N.V. E-201-13.

Esta norma se refiere al muestreo de agregados gruesos y finos con los siguientes

propósitos: Investigación preliminar de las fuentes de suministro de materiales; inspección de

los materiales en la fuente, control de operación de los materiales en el sitio de la obra, y

aceptación o rechazo de los materiales.

La toma de muestras es tan importante como los mismos ensayos y, por lo tanto, el

encargado de hacerla debe tomar todas las precauciones necesarias, para obtener muestras

que indiquen la verdadera naturaleza y las características reales de los materiales

representados por ellas.

Procedimiento

El día tres (3) de marzo se extraen 100 kg de material pétreo proveniente del Rio Negro y

es trasladado al laboratorio INGECIV C&C LTDA Y LABORATORIO DE LA U.

COOPERATIVA DE COLOMBIA Para que se le practiquen los ensayos de la norma I.N.V

E 200 -13 y la NTC 174. Posteriormente se extrae una segunda muestra el veintitrés (23) de

marzo para los ensayos faltantes.

El lugar de extracción se encuentra georreferenciado en las siguientes coordenadas:

67

Latitud 4° 1'17.25"N; Longitud 73°29'4.23"O

Ilustración 8-Georreferencia lugar de extracción Rio Negro

Fuente: Google Earth

Fotografía 1-Extracción muestra rio Negro (Villavicencio–Meta)

Fuente propia

68

2.2.2.3.Reducción del tamaño de las muestras transportadas I.N.V E-202-13

Las especificaciones para los agregados requieren el muestreo del material para someterlo

a diferentes ensayos. A igualdad de otros factores, las muestras de gran tamaño tienden a ser

más representativas del total del material. Esta norma presenta procedimientos para reducir

una muestra grande, obtenida en el campo o producida en el laboratorio, a un tamaño

conveniente para la ejecución de pruebas descriptivas del material y establecer su calidad, de

tal manera que la porción más pequeña del material muestreado sea representativa de la

muestra mayor, por lo tanto, del total del material.

Procedimiento

Se coloca la muestra original sobre una superficie dura, limpia y nivelada, donde no se

presente perdida del material ni adición accidental de otros materiales. Se mezcla el material

completamente volteando la totalidad de la muestra tres veces. Con la última vuelta se forma

una pila cónica depositando cada palada encima de la anterior. Se aplana cuidadosamente la

pila, se divide en cuatro cuartos iguales usando una pala o palustre y se retiran dos cuartos

diagonalmente opuestos incluyendo todo el material fino, y se barren totalmente los espacios

resultantes. Se repite la anterior operación hasta que la muestra quede reducida al tamaño

deseado.

Cuando la superficie es irregular, la muestra del terreno se coloca sobre una lona y

mezclar con una pala como se describe en el procedimiento anterior, o levantando cada una

de las esquinas de la lona alternativamente y doblándola diagonalmente hacia la esquina

opuesta, de tal manera que el material quede totalmente mezclado, se aplana la pila y se

divide la muestra y si la superficie debajo de la lona es irregular, se inserta un palo o un tubo

por debajo de la lona y del centro de la pila y se levantan luego los extremos de dicho palo o

tubo, dividiendo así la muestra en dos partes iguales. Se retira el palo o tubo, dejando un

69

doblez de la lona entre las dos porciones. Se inserta nuevamente el palo o tubo por debajo del

centro de la pila ortogonalmente a la primera división, y de nuevo se levantan los extremos

del palo o tubo dividiendo, de esta manera, el material en cuatro partes iguales. Se retiran dos

cuartos diagonalmente opuestos, teniendo cuidado de limpiar cuidadosamente el material fino

que queda en la lona. Se mezcla y se cuartea sucesivamente el material restante, hasta que la

muestra quede reducida al tamaño deseado.

A continuación, se encuentra evidencia fotográfica del proceso.

Fotografía 2-Ejemplo de muestra

Fuente propia

Fotografía 3-Muestra dividida

Fuente propia

70

Fotografía 4-Cuarteo de la muestra

Fuente propia

2.2.2.4.Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V. E-133-13

Este ensayo tiene por objeto determinar, bajo condiciones normalizadas, las proporciones

relativas de polvo y material de apariencia arcillosa o finos plásticos presentes en suelos o

agregados finos de tamaño inferior a 4,75 mm. El término “equivalente de arena”, expresa el

concepto de que la mayoría de los suelos granulares y los agregados finos son mezclas de

arena y partículas gruesas deseables, y de polvo y finos arcillosos o platicos indeseables.

Este ensayo asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura y carácter del material

arcilloso o similar, presente en una muestra de suelo o de agregado fino.

Se puede especificar un valor mínimo del equivalente de arena, con el fin de limitar la

cantidad de finos nocivo en un agregado. Este método de ensayo permite determinar

rápidamente en el campo, variaciones de calidad de los agregados durante su producción o

colocación.

Procedimiento

Inicialmente se prepara solución stock, como lo indica la norma en el numeral 7.1, seguido

a esto se prepara la muestra a utilizar, la cual debe ser material que pasa por el tamiz No. 4, se

71

vierte solución stock en dos recipientes diferentes, luego se toma cierta cantidad de la

muestra y se vierten tras la solución, se le dan unos golpes suaves en la base de los

recipientes y se esperan diez minutos hasta que la muestra quede en la parte de abajo.

Pasados los diez minutos se vierte solución stock a cada recipiente hasta que quede lleno,

se agita 30 veces y se deja reposar 20 minutos. Pasados los 20 minutos se determina la altura

de la arena y la altura de la arcilla, enseguida se procede a realizar los cálculos.

A continuación, se puede apreciar el registro fotográfico del procedimiento.

Fotografía 5-Vertimiento de la muestra

Fuente propia

Fotografía 6-Solución Stock

Fuente propia

72

Fotografía 7-Solución en reposo

Fuente propia

Fotografía 8-Muestra final

Fuente propia

2.2.2.5.Determinación de terrones de arcilla partículas deleznables en los agregados

I.N.V. E-211-13

Este método se refiere a la determinación aproximada de los terrones de arcilla y de las

partículas deleznables (friables) en los agregados.

Este ensayo es de importancia fundamental para aprobar el empleo de agregados

destinados a la elaboración de concretos hidráulicos.

73

Procedimiento

Se toma material fino que pasa por el tamiz No. 4, se pesa 2500 g, se seca de forma

natural hasta obtener una masa constante y se extiende en una capa delgada sobre el fondo del

recipiente, cubriéndola con agua destilada y dejándola en remojo durante 24 horas. Se ruedan

y aprietan individualmente las partículas entre el pulgar y el índice, para tratar de romperlas

en tamaños más pequeños. Después de que se hayan fragmentado todas las partículas

identificables como terrones de arcilla y partículas deleznables se separan los detritos de la

parte restante mediante tamizado en húmedo usando el tamiz No.4. Se efectúa el tamizado en

húmedo haciendo circular agua sobre la muestra a través del tamiz, mientras este se agita

manualmente, hasta que se remueva todo el material más pequeño.

Se remueven las partículas cuidadosamente del tamiz las partículas retenidas, se secan en

el horno, se deja enfriar y se determina su masa

El procedimiento mostrado a continuación mediante fotos fue realizado bajo el asesoramiento

y supervisión de la encargada del laboratorio.

Fotografía 9-Masa inicial de la muestra

Fuente propia

74

Fotografía 10-Terrones de arcilla

Fuente propia

Fotografía 11-Material por el tamiz 200

Fuente propia

Fotografía 12-Terrones de arcilla existentes

Fuente propia

75

2.2.2.6.Presencia de impurezas orgánicas en arenas usadas para la preparación de

morteros o concretos I.N.V. E-212-13

Esta norma describe dos procedimientos para determinar, de manera aproximada, la

presencia de impurezas orgánicas nocivas en arenas usadas en la preparación de morteros o

concretos de cemento hidráulico. Uno de los procedimientos emplea una solución de color de

referencia y el otro usa vidrios de colores de referencia.

La importancia de este método de ensayo radica en el hecho de proporcionar una

advertencia sobre la presencia de impurezas orgánicas nocivas en el agregado fino. Cuando

una muestra sometida a este ensayo produce la prueba para determinar el efecto de las

impurezas orgánicas sobre la resistencia del mortero. (Norma ASTM C-87).

Procedimiento

El ensayo se realiza con 430 g de material fino que pasa por el tamiz No. 4 secado a

temperatura ambiente, luego se pesan 130 g y se introducen en una botella de vidrio.

En un recipiente se prepara una solución con 3 g de soda caustica, 97 ml de agua, se

mezcla la muestra de la botella y en seguida se aplica la solución hasta que el nivel sea

aproximadamente 200 ml, se deja en total reposo la mezcla durante 24 horas.

La determinación de color se realiza por el método de colorimetría, para definir con mayor

precisión el color del líquido de la muestra de ensayo y así determinar el contenido de materia

orgánica de esta.

A continuación, se presenta evidencia fotográfica del proceso.

76

Fotografía 13-Tamizaje material fino

Fuente propia

Fotografía 14-Pesaje del material a usar

Fuente propia

77

Fotografía 15-Agua destilada (200 ml)

Fuente propia

Fotografía 16-Soda caustica disuelta en agua

Fuente propia

78

Fotografía 17-Estado inmediato de la mezcla

Fuente propia

Fotografía 18-Estado de la muestra 24 h después

Fuente propia

2.2.2.7.Análisis granulométrico de los agregados grueso y fino I.N.V. E-213-13

Este método de ensayo tiene por objeto determinar cuantitativamente la distribución de los

tamaños de las partículas de los agregados grueso y fino de un material por medio de

tamizado.

79

Este método se usa, principalmente, para determinar la granulometría de los materiales

propuestos como agregados o que se están usando como tales. Los resultados se emplean para

determinar el cumplimiento de las especificaciones en relación con la distribución de

partículas para suministrar los datos necesarios para el control de la producción de los

agregados y de las mezclas que los contengan.

Los datos pueden servir también, para el estudio de relaciones referentes a la porosidad y

al empaquetamiento entre partículas.

Procedimiento

Este ensayo se inicia con el lavado de la muestra, se secan a una temperatura de 110ºC, se

pesan 20 kg de material, y se elige el juego de tamices a utilizar, de 2 ½”, 2”, 11/2”, 1”, ½”,

3/8”, Nº 4, Nº 10, Nº 40 y Nº 200. Se inicia con el tamizaje, y se pesa el material retenido en

cada tamiz.

Para agregado fino se separa el material grueso del fino con el tamiz No. 4, se tomaron

7,598 kg de muestra; para este ensayo los tamices a utilizar son No. 4, No. 8, No. 16, No. 30,

No. 50, No. 100 y fondo, se procede al tamizaje mecánico y se pesa el material retenido en

cada tamiz

A continuación, se realiza evidencia fotográfica del proceso.

80

Fotografía 19-Pesaje de la muestra a tamizar

Fuente propia

Fotografía 20-Retención tamiz 2"

Fuente propia

81

Fotografía 21-Retención tamiz 1 1/2"

Fuente propia

Fotografía 22-Retención tamiz No 4

Fuente propia

82


Fuente propia


Fuente propia

83


Fuente propia


Fuente propia

84


Fuente propia

2.2.2.8.Determinación de la cantidad de material que pasa el tamiz de 75 µm (No.

200) en los agregados pétreos mediante lavado I.N.V. E-214-13

Esta norma describe el procedimiento para determinar la cantidad de material que pasa por

el tamiz de 75 µm (No. 200) en un agregado. Durante el ensayo, se separan de la superficie

del agregado, por lavado, las partículas que pasan e tamiz de 75 µm (No. 200), tales como

limo, arcilla, polvo de los agregados materiales solubles en el agua.

Procedimiento

Este ensayo se realiza con 2500 g de material; se seca la muestra de ensayo hasta obtener

una masa constante y se determina la masa de la muestra seca, después de esto, se coloca la

muestra de ensayo en el recipiente y se agrega suficiente cantidad de agua para cubrirla, se

agita vigorosamente el contenido del recipiente para separar las partículas finas de las gruesas

y dejar el material fino en suspensión.

De inmediato se vierte el agua de lavado con las partículas suspendidas y disueltas sobre

el juego de tamices armado con el de mayor abertura encima; seguidamente se efectúa un

segundo lavado de la muestra en el recipiente, después se agita y se decanta. La operación se

85

repite hasta que el agua de lavado sea clara y el agregado se seca hasta obtener una masa

constante y determinar su peso.

2.2.2.9.Análisis granulométrico del llenante mineral utilizado en la elaboración de

mezclas asfálticas I.N.V. E-215-13

Este ensayo tiene por objeto efectuar el análisis granulométrico por tamizado, de la

llenante mineral utilizada en las mezclas asfálticas para pavimentación.

Procedimiento

Para este ensayo se seca el material, se deja enfriar y se pesan 500 g de muestra fina, se

toman los tamices No. 16, No. 30, No. 50 y No. 200, la muestra se coloca en el juego de

tamices y se lava el material por medio del chorro de agua de un grifo. Se continúa el lavado

hasta que el agua que atraviesa los tamices salga clara. Se seca el material retenido en cada

tamiz hasta masa constante y luego se pesa.

A continuación, se realiza evidencia fotográfica del procedimiento.

Fotografía 28-Muestra a usar

Fuente propia

86

Fotografía 29-Material retenido en tamiz No 16

Fuente propia


Fuente propia

87


Fuente propia

Fotografía 32-Peso retenido en tamiz No 16

Fuente propia

88

Fotografía 33-Peso retenido en tamiz No 30

Fuente propia

2.2.2.10. Densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de los agregados

compactados o sueltos I.N.V E-217-13

Esta norma tiene por objeto establecer el método para determinar la densidad bulk (peso

unitario) de agregados finos, gruesos o una mezcla de ambos en condición suelta o compacta,

y para calcular los vacíos con base en la misma determinación. El método es aplicable a

materiales que tengan tamaño máximo nominal menor o igual a 125 mm (5¨).

Este método de prueba se emplea para determinar valores de densidad bulk que son

utilizados por muchos métodos de selección de proporciones para mezclas de concreto.

Los valores obtenidos al aplicar esta norma, se emplean en el estudio de las estructuras

granulares de las mezclas asfálticas por el método de Bailey.

Procedimiento

Para este ensayo se pesa la camisa que se va a utilizar, se separan el material fino del

grueso y se inicia la toma de muestras para agregado suelto y agregado compacto.

89

Para agregado suelto: Se llena el recipiente totalmente con una cuchara de modo que el

agregado se descargue desde una altura no mayor de 50 mm. Se tiene cuidado de que no se

segreguen las partículas de la muestra y se enrasa de modo que las partes salientes se

compensen con las depresiones, en relación con el plano de enlace, por último, se pesa la

muestra con el recipiente y se repite el procedimiento tres veces.

Para agregado compacto: Se vierte el material al recipiente hasta 1/3 de la camisa, se

nivela con los dedos la superficie del material vertido. A continuación, se apisona la capa con

25 golpes de la varilla, distribuidos uniformemente sobre la superficie, utilizando el extremo

semiesférico de la herramienta, se repite el procedimiento con las otras dos capas. Al apisonar

la primera capa, se debe evitar que la varilla golpee el fondo del recipiente. Al apisonar las

capas superiores, se aplica la fuerza para que la varilla solamente atraviese la capa respectiva.

Una vez compactada la última capa, se enrasa la última superficie del agregado con una

regla o con la mano. Por último, se pesa, este procedimiento se repite tres veces.

A continuación, se presenta evidencia fotográfica del proceso.

Fotografía 34-Peso camisa a usar

Fuente propia

90

Fotografía 35-Peso con la muestra al ras

Fuente propia

Fotografía 36-Golpeo con varilla a la muestra

Fuente propia

91

Fotografía 37-Peso muestra final

Fuente propia

2.2.2.11. Solidez de los agregados frente a la acción de soluciones de sulfato de

sodio o de magnesio I.N.V. E-220-13

Esta norma describe el procedimiento a seguir para determinar la resistencia de los

agregados pétreos cuando deben soportar la intemperie en concretos y otras aplicaciones.

Este efecto se simula sometiendo los agregados a inmersión repetida en soluciones saturadas

de sulfato de sodio o de magnesio, seguida de secado al horno para deshidratar parcial o

completamente la sal precipitada en los poros permeables de las partículas del agregado. La

fuerza de expansión interna, derivada de la rehidratación de la sal después de re inmersión,

simula la expansión del agua por congelamiento. Mediante este método se puede obtener

información útil para juzgar la resistencia de los agregados a la acción de los agentes

atmosféricos, cuando no se dispone de datos sobre el comportamiento de los materiales que

se van a emplear, en las condiciones climatológicas de servicio.

Los valores de las perdidas resultantes al aplicar este método son, generalmente, diferentes

para agregados finos y agregados gruesos. Además, se llama la atención sobre el hecho de

92

que los resultados que se obtienen, varían según la sal que se emplee y que hay que ser

cuidadoso al fijar los límites de cualquier especificación que incluya un requisito en relación

con este ensayo. Normalmente, el ensayo es más severo cuando se usa sulfato de magnesio;

por lo tanto, los porcentajes de perdida permitidos cuando se usa sulfato de magnesio suelen

ser mayor que cuando se usa sulfato de sodio.

Procedimiento

Se prepara una solución de sulfato de magnesio para sumergir las muestras de ensayo.

El volumen de la solución fue disolver tres paquetes de sulfato de magnesio con una

caneca de agua, constantemente se revuelve la solución y se deja durante 48 horas a una

temperatura de 21ºC y en un lugar oscuro.

El agregado grueso utilizado es la cantidad de fracciones indicadas en la tabla del numeral

5.3 de la norma, que es la masa suficiente para realizar el procedimiento.

La muestra del agregado grueso se lava bien, se seca hasta masa constante a una

temperatura de 110ºC y se separa en diferentes fracciones indicadas en la tabla del numeral

5.3. Se pesa cada una por separado y luego se combinan para conformar la fracción

respectiva. Se anotan las masas de las fracciones que quedan retenidas en cada tamiz y el

número de las partículas.

Una vez lista la muestra se procede a la inmersión del agregado en la solución, durante un

periodo no menor de 16 horas ni de mayor de 18 horas, de manera que el nivel de la solución

las cubra por lo menos 12,5 mm, se cubre con bolsa negra y se deja a una temperatura de

21ºC.

Después del periodo de inmersión, cada fracción se saca de la solución dejándola escurrir

durante 15 minutos y se seca al horno a una temperatura de 110ºC hasta obtener masa

93

constante, se dejan enfriar a temperatura ambiente y luego se sumergen nuevamente en la

solución. El proceso de inmersión y secado se repite por cinco veces.

Después de terminado el último ciclo y de que todas las fracciones se han enfriado, se

lavan hasta que queden exentas de sulfato de magnesio, lo que se determina por la reacción

del agua de lavado con el cloruro de bario. El lavado se realiza haciendo circular agua a 43ºC,

a través de las fracciones de agregado en sus recipientes, lo que se hace colocando estos en un

tanque en el cual se introduce el agua caliente cerca del fondo y permitiéndole pasar a través

de los agregados hasta que rebose por encima de ellos. Durante la operación de lavado, las

fracciones de agregado no se deben someter a efectos de impacto o abrasión que puedan

quebrar las partículas.

Se realiza nuevamente la granulometría utilizando los mismos tamices, se registra y pesan

el número de partículas que muestran alguna afectación ya sea, desintegración,

fragmentación, rotura, agrietamiento, formación de lajas o descascaramiento.

A continuación, se muestran fotografías del proceso.

Fotografía 38-Reposo del sulfato de magnesio

Fuente propia

94

Fotografía 39-Muestra a ensayar

Fuente propia

2.2.2.12. Cantidad de partículas livianas en un agregado pétreo I.N.V. E-221-

13

Esta norma presenta un procedimiento para determinar el porcentaje de partículas livianas

en los agregados pétreos, mediante su separación por suspensión en un líquido de gravedad

específica elevada.

Se realiza con el fin de verificar el cumplimiento en la elaboración de concretos

hidráulicos. El ensayo es útil, también, para identificar partículas porosas en actividades de

investigación o en análisis petrográfico.

Procedimiento

Se seca la masa a una temperatura de 110ºC, se deja enfriar la muestra a la temperatura

ambiente, y se pasa por el tamiz No. 50, se pesan 200 g de material fino y se deja sumergido

24 horas. Luego se seca la muestra nuevamente con un secador y se vierte en un recipiente

con agua, el agua debe ser tres veces la masa de la muestra. Se vierte el líquido, incluidas las

partículas flotantes en un segundo recipiente, pasándolas a través del colador, teniendo el

95

cuidado de que solo las partículas que flotan se viertan en el colador. El líquido recogido en

el segundo recipiente se devuelve al primero y luego de agitar la muestra vigorosamente, se

repite el proceso de decantación, hasta que la muestra esté libre de partículas flotantes. Las

partículas que se quedan en el colador se lavan en un solvente apropiado para removerles el

líquido pesado. Con un cepillo se retiran cuidadosamente las partículas del colador, se pesan

y se determina su masa.

A continuación, se presenta el proceso en fotografías.

Fotografía 40-Masa inicial

Fuente propia

Fotografía 41-Secado de la muestra

Fuente propia

96

Fotografía 42-Peso del recipiente con agua

Fuente propia

Fotografía 43-Solución de la prueba

Fuente propia

97

Fotografía 44-Colado de solución

Fuente propia

Fotografía 45-Masa de partículas flotantes

Fuente propia

2.2.2.13. Densidad, densidad relativa (gravedad específica) y absorción del

agregado fino y grueso I.N.V. E-222-13 e I.N.V. E-223-13

El ensayo descrito en esta norma se usa para determinar la densidad de la porción

esencialmente solida de un gran número de partículas de agregado y suministra el valor

promedio que presenta la muestra. Se debe establecer distinción entre la densidad de las

98

partículas de agregado determinadas mediante este método de ensayo, y la densidad bulk de

los agregados determinada a través de la norma INV E-217, la cual incluye el volumen de los

vacíos entre las partículas del agregado.

La densidad relativa (gravedad especifica) es la característica generalmente empleada para

calcular el volumen ocupado por el agregado en mezclas como las de concreto hidráulico,

concreto asfaltico y otras que se dosifican o analizan sobre la base de un volumen absoluto.

La densidad aparente y la densidad relativa aparente (gravedad especifica aparente) se

refieren a las partículas del agregado excluyendo todo espacio en ellas que sea accesible al

agua, y son poco utilizadas en la tecnología de los agregados para construcción.

Los valores de absorción se usan para calcular el cambio de masa de un agregado a causa

del agua absorbida por los poros permeables de sus partículas, en relación con la masa en

condición seca, cuando se considera que el agregado ha estado en contacto con el agua un

tiempo suficiente para satisfacer la mayoría de su potencial de absorción. La norma de

laboratorio para la absorción es que ella se debe obtener luego de sumergir el agregado seco

en agua durante un tiempo prescrito. Los agregados extraídos por debajo del nivel freático

tienen, por lo general, un contenido de agua mayor que la absorción determinada por este

método, si se emplean si darle la oportunidad de secarse. Por el contrario, algunos agregados

que no han permanecido continuamente en condición húmeda hasta el instante de su uso,

posiblemente contengan una humedad absorbida menor que la que se obtiene tras la

inmersión durante 24 h. Para un agregado que ha estado en contacto con el agua y que tiene

humedad libre en las superficies de sus partículas, el porcentaje de agua libre se determina

deduciendo la absorción de contenido de agua total, determinado por secado de acuerdo con

la norma I.N.V E-216.

Procedimiento

99

Agregado Fino: Se seca la masa a una temperatura de 110ºC, se deja enfriar la muestra a la

temperatura ambiente, se pesan 100 g de material fino que pasa por el tamiz No. 4 y se deja

sumergido en agua por 24 horas. Al siguiente día se seca la muestra con un secador y para

comprobar que la muestra está lista para utilizarse, se realiza la prueba del cono pequeño con

los 25 golpes cuantas veces sea necesario y se desmorone, se vierte la masa en un recipiente

con agua, el agua debe ser tres veces la masa de la muestra, se agita el recipiente, pesa el

líquido más la muestra, por último, se seca a una temperatura de 110ºC y se pesa.

Agregado grueso: Se seca la muestra a una temperatura de 110ºC, se deja enfriar y se

pesan 2000 g de material grueso retenido en el tamiz No. 4 y se deja sumergido en agua por

24 horas. Al día siguiente se saca la muestra y se seca con un paño absorbente de gran

tamaño, hasta que se elimine el agua superficial visible, secando individualmente los

fragmentos. Se determina la masa de la muestra en la condición saturadas con superficie seca.

Después de determinar la masa al aire, se coloca la muestra en el interior de la canastilla

metálica y se determina su masa sumergida en el agua.

Se seca la muestra a una temperatura de 110ºC, se deja enfriar a temperatura ambiente y se

determina su masa.

A continuación, se observa el proceso en fotografías.

100

Fotografía 46-Muestra sumergida

Fuente propia

Fotografía 47-Apisonamiento de la muestra

Fuente propia

101

Fotografía 48-Muestra a usar

Fuente propia

Fotografía 49-Masa de la muestra

Fuente propia

102

Fotografía 50-Peso del recipiente con agua

Fuente propia

Fotografía 51-Vertimiento de la muestra

Fuente propia

103

Fotografía 52-Vertido de la solución

Fuente propia

Fotografia 53-Secado muestra final

Fuente propia

2.2.2.14. Determinación del valor de 10% de finos I.N.V. E-224-13

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

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

104

carga necesaria para que el agregado produzca 10% de finos, constituidos por el material que

pasa el tamiz 2,36 mm (No. 8).

Los materiales granulares de los pavimentos asfalticos están sometidos a elevados

esfuerzos interparticulares debido a la acción de las cargas del tránsito. Cada capa del

pavimento debe soportar los esfuerzos que recibe y disiparlos con el fin de transmitirlos en

magnitud apropiada a las capas subyacentes. Es importante, por lo tanto, que los materiales

de cada capa soporten los esfuerzos recibidos sin desintegrarse. El ensayo del 10% de finos

contribuye en la evaluación del comportamiento de un agregado pétreo cuando se somete a

degradación mecánica.

Procedimiento

La muestra de agregado se seca al aire y se tamiza por las mallas ½” y 3/8”, se utiliza

exclusivamente el material comprendido entre estos dos tamices. La muestra tiene una masa

de 3397 gr, se vierte 1/3 del material en la camisa y se le dan 25 golpes con la varilla lisa, se

repite el procedimiento a los 2/3 y cuando esté totalmente lleno. Se inserta el pistón de

manera que descanse horizontalmente sobre ella y se lleva a la máquina de compresión;

durante 10 minutos se aplica carga con una velocidad uniforme hasta que el pistón alcance

una penetración de 15 mm. Se remueve el material triturado del cilindro a una bandeja

limpia.

Se pesa la bandeja con el agregado y se calcula la masa de agregado usado. Todo el

material recogido en la bandeja se tamiza por el tamiz No. 8 durante un minuto. Se pesan las

fracciones que pasan y que se retienen.

A continuación, se evidencia mediante fotografías el proceso realizado.

105

Fotografía 54-Muestra de uso

Fuente propia

Fotografía 55-Aplicación de los 25 golpes

Fuente propia

106

Fotografía 56-Penetración de pistón

Fuente propia

Fotografía 57-Muestra a compresión

Fuente propia

107


Fuente propia

Fotografía 59-Peso, pasa tamiz No 8

Fuente propia

2.2.2.15. Porcentaje de partículas fracturadas en un agregado grueso I.N.V.

E-227-13

Algunas especificaciones contienen requisitos relacionados con un porcentaje de

partículas fracturadas en los agregados gruesos. Uno de los propósitos de este requisito es

108

maximizar la resistencia al corte, incrementando la fricción entre partículas en mezclas de

agregados, ligadas o no. Otro propósito, es dar estabilidad a los agregados usados en

tratamientos superficiales y proporcionar mayor fricción y textura a los agregados usados en

la construcción de capas de rodadura. Este método proporciona un procedimiento

normalizado para determinar la aceptabilidad de los agregados gruesos con respecto a estos

requisitos.

Las especificaciones difieren en cuanto al número de caras fracturadas requeridas en una

partícula fracturada, y también difiere en relación con el criterio por utilizar, si el porcentaje

por masa o el porcentaje por conteo de partículas.

Si la especificación no lo define con claridad, se debe utilizar el criterio de al menos una

cara fracturada y se calcula el porcentaje por masa.

Procedimiento

Se seca la muestra lo suficiente para obtener por tamizado una separación nítida de los

agregados gruesos y finos. Se tamiza el material sobre el tamiz No. 4. Se utilizan los tamices

3/8”, 1/2”, ¾”, 1”, 11/2” y 2”, y se utiliza la masa mínima de la muestra de acuerdo a la tabla

del numeral 6.2 de la norma.

Se lava el material sobre el sobre el tamiz designado para la determinación de las

partículas fracturadas, con el fin de remover cualquier residuo de material fino, y se seca a

masa constante, se determina la masa de la muestra.

Se realiza la granulometría y el material retenido en cada tamiz se extiende en una

superficie limpia y plana para detallar cada fragmento, se dividen las partículas en fracturadas

y no fracturadas, según lo describe la norma y se determina su masa y el porcentaje para cada

una.

109

A continuación, se presentan resultados en fotografías.

Fotografía 60-Caras que presentan fracturas

Fuente propia

Fotografía 61-Caras que no presentan fracturas

Fuente propia

110

2.2.2.16. Índices de aplanamiento y de alargamiento de los agregados para

carretera I.N.V. E-230-13

Esta norma describe el procedimiento que se debe seguir para la determinación de los

índices de aplanamiento y de alargamiento de los agregados que se van a emplear en la

construcción de carreteras.

Esta norma se aplica a agregados de origen natural o artificial. El ensayo para determinar

el índice de aplanamiento no es aplicable a los tamaños de partículas menores de 6.3 mm

(1/4”) o mayores de 63 mm (2 ½”); mientras que la prueba para hallar el índice de

alargamiento no aplica a los tamaños de partículas menores de 6.3 mm (1/4”) o mayores de

50 mm (2”).

La forma de las partículas de los agregados es importante en la construcción de carreteras,

porque las partículas de forma defectuosa suelen generar inconvenientes. Las partículas

planas y alargadas tienden a producir mezclas de concreto poco trabajables lo que puede

afectar su durabilidad a lo largo plazo. En las capas granulares y en las mezclas asfálticas,

esas partículas son propensas a rotura y desintegración durante el proceso de compactación,

modificando la granulometría del agregado y afectando adversamente su comportamiento.

Procedimiento.

Índice de aplanamiento: La muestra se seca a una temperatura a 110ºC hasta alcanzar

masa constante. Se retira del horno y se permite que alcance la temperatura ambiente.

Se realiza un ensayo de granulometría, utilizando los tamices 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½” y

3/8”. Se pesa cada una de las partículas retenidas en los tamices y se colocan en una bandeja

separada.

111

Usando el calibrador de aplanamiento, se hacen pasar a mano, una por una, las partículas

de cada fracción por la abertura correspondiente del calibrador, sin forzarlas ni romperlas,

luego se determina la masa de las que pasaron por cada uno de los tamices o de los espacios

del calibrador, o sea las partículas planas.

Índice de alargamiento: Con el material retenido en cada tamiz de la granulometría para

aplanamiento, se pasa cada partícula entre el par de barras de calibrado que representa dicho

material. Se determina la masa total de las partículas retenidas, que se establecen como

alargadas.

A continuación, se muestra parte del procedimiento.

Fotografía 62-Calibración de la muestra

Fuente propia

112

Fotografía 63-Calibración de aplanamiento de muestra

Fuente propia

2.2.2.17. Determinación de la resistencia del agregado grueso a la

degradación por abrasión, utilizando el aparato micro-Deval I.N.V. E-

238-2013

Esta norma describe un procedimiento para medir la resistencia a la abrasión de una

muestra e agregado grueso utilizando el aparato Micro-Deval.

Este ensayo tiene la finalidad de determinar la perdida por abrasión de agregados gruesos

en presencia de agua y de una carga abrasiva. Muchos agregados son más débiles en estado

húmedo que secos, y el uso del agua en este ensayo incorpora esta reducción de resistencia,

en contraste con otros ensayos que se realizan solamente con agregados secos. Los resultados

del ensayo son útiles para juzgar la resistencia (tenacidad/abrasión) de agregados sujetos a

abrasión, cuando no existe información adecuada sobre este tipo de comportamiento.

El ensayo Micro- Deval es útil para el control de calidad, porque detecta cambios en las

propiedades de un agregado proveniente de una fuente como parte de un proceso de control

de calidad o de aseguramiento de calidad.

Procedimiento

113

Se prepara una muestra seca representativa de 1500 ± 5 g. Se determina la masa de la

muestra con aproximación de 1.0 g y se registra esta como masa A.

Se somete la muestra a inmersión en 2.0 ± 0.05 litros de agua del grifo, a 20 ± 5ºC,

durante un lapso de tiempo mínimo de una 1 h, ya sea en el recipiente del Micro-Deval o en

otro recipiente apropiado.

Se coloca la muestra en el recipiente cilíndrico de abrasión del Micro-Deval con 5000 ± 5

g de esferas de acero y el agua usada para saturar la muestra. Se tapa el recipiente y se coloca

sobre la maquina Micro-Deval.

Ilustración 9-Colocación de la muestra, la carga abrasiva y el agua dentro del recipiente

Fuente: Norma I.N.V. E 238-13 (pág. 260)

Se procede a rotar la maquina a una velocidad de 100 rpm ± 5 rpm durante 2 h ± 1 min

para la gradación. Terminado el tiempo de rotación, se vierten cuidadosamente la muestra y

las esferas sobre dos tamices superpuestos de 4.75 mm (Nº 4) y 1.18 mm (Nº 16). Se deberá

tener el cuidado de vaciar el recipiente cilíndrico toda la muestra. Se lava y manipula el

material retenido con agua limpia, con el chorro del grifo y usando la mano o con una

manguera de control manual, hasta que el agua de lavado salga clara y se garantice que se

haya evacuado todo el material menor de 1.18 mm. Se desecha todo ese material menor de

1.18 mm.

114

Ilustración 10-Lavado de la muestra y las esferas sobre los tamices

Fuente: Normas I.N.V. E 238-13 (pág. 260)

Se remueven las esferas de acero inoxidable mediante cualquiera de las opciones descritas

por la norma Invias para este ensayo, posteriormente se pesa la muestra con aproximación de

1.0 g, y se registra como masa B.

115

3. Análisis de Resultados

Tabla 12-Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V E-133-13

Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos I.N.V E-133-13

Proyecto Caracterización Físico Mecánico de los Agregados Pétreos Procedentes del

Río Negro del Municipio de Villavicencio - Meta

Descripción Material Crudo de Rio Fecha 02 Abril 2017

Ensayos 1 2

Solución Stock Conc. (Sol./Agua)

88 c.c./ 3.785

Lts.

88 c.c./ 3.785

Lts.

Tiempo 20 min. 20 min.

Lectura Arcilla 2,6 3,0

Lectura Arena 2,4 2,9

Equivalente de Arena 92,31 96,67

Promedio E.A. 94,49

% Mínimo Según Art. 630-13 para Concreto Hidráulico 60

% Mínimo Según Art. 505-13 para Base de Concreto

Hidráulico 60

% Mínimo Según Art. 320-13 para Sub-Base Granular

Tipo C, B, A 25

% Mínimo Según Art. 330-13 para Bases granulares

Tipo C, B, A 30

Fuente propia

Tabla 13-Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados I.N.V E-211-13

Determinación de Terrones de Arcilla y Partículas Deleznables en los Agregados INV E-

211-13

Proyecto Caracterización Físico Mecánico de los Agregados Pétreos Procedentes del

Río Negro del Municipio de Villavicencio - Meta

Descripción Material Crudo de Rio Fecha 02 de Abril

Agregado Fino

Masa Retenida en el Tamiz No. 16 (g) 200.00

Masa Retenida en el Tamiz No. 20 (g) 199.78

% de Terrones de Arcilla y Partículas Deleznables 0.11

% Máximo Art 630 1 Fuente propia

116

Tabla 14-Presencia de impurezas orgánicas en arenas usadas para la preparación del mortero o concretos. I.N.V E-212-13

Presencia de Impurezas Orgánicas en Arenas Usadas para la Preparación del Morteros

o Concretos I.N.V E-212-13

Proyecto Caracterización Físico Mecánico de los Agregados Pétreos Procedentes

del Río Negro del Municipio de Villavicencio - Meta

Descripción Material Crudo de Rio Fecha: 02 de Abril del 2017

Colorimetría

Solución Hidróxido de

Potasio

Tiempo de Reposo 24 Horas

Color Obtenido Amarillo

Observaciones

El color donde

sobrenada la

muestra es claro, de

tal manera el rango

esta entre 1,5 y 2,

esto indica que el

contenido de

material orgánico es

bajo.

Color más Oscuro Permisible Según Art. 630-13 Para Concreto

Hidráulico

Igual la muestra

patrón.

Color más Oscuro Permisible Según Art. 505-13 para Base de

Concreto Hidráulico

Igual la muestra

patrón.

Fuente propia

Tabla 15-Porcentaje de material fino que pasa por el tamiz No. 200 en los agregados pétreos mediante lavado. I.N.V E-214-

13

Porcentaje de Material Fino que Pasa por el Tamiz No. 200 en los Agregados Pétreos Mediante Lavado I.N.V E-214-13

Pasa Tamiz # 200

Wr+WM Seca Antes 20000,0

Wr+WM Seca Después 18645,0

% M. Fino Pasa 200 6,775

% según Art. 630-13 5

Fuente propia

117

Tabla 16-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para sub-base granular SBG 50. I.N.V E-213-13

Análisis Granulométrico

Norma Tamiz Peso Ret. % Reten. % Ret. Acum. % Pasa

100 2" 1321.0 6.68 6.68 93.32

70-95 1 1/2" 1674.0 8.46 15.14 84.86

60-90 1" 224.0 1.13 16.27 83.73

45-75 1/2" 4216.0 21.31 37.58 62.42

40-70 3/8" 1074.0 5.43 43.01 56.99

25-55 Nº 4 1896.0 9.58 52.59 47.41

15-40 Nº 10 1582.0 8.00 60.59 39.41

6--25 Nº 40 5369.0 27.14 87.72 12.28

2--15 Nº 200 1064.0 5.38 93.10 6.90

FONDO 1365.0 6.90 100.00 0.00

Sumas 19785.0 100.00 Fuente propia

Gráfica 1-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para sub-base granular SBG. 50

Fuente propia

93,32322467

84,8622694 83,73009856

62,42102603 56,99267122

47,40965378

39,41369725

12,27697751 6,899166035 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)

ABERTURA DEL TAMIZ (mm)

CURVA DE GRADACION

118

Tabla 17-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para sub- base granular SBG 38



2" 1321.0 6.68 6.68 93.32

100 1 1/2" 1674.0 8.46 15.14 84.86

75-95 1" 224.0 1.13 16.27 83.73

55-85 1/2" 4216.0 21.31 37.58 62.42

45-75 3/8" 1074.0 5.43 43.01 56.99

30-60 Nº 4 1896.0 9.58 52.59 47.41

20-45 Nº 10 1582.0 8.00 60.59 39.41

8--30 Nº 40 5369.0 27.14 87.72 12.28

2--15 Nº 200 1064.0 5.38 93.10 6.90

FONDO 1365.0 6.90 100.00 0.00


Gráfica 2-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para sub-base granular SBG. 38

Fuente propia

93,32322467

84,8622694 83,73009856

62,42102603 56,99267122

47,40965378

39,41369725

12,27697751 6,899166035 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)


CURVA DE GRADACION

119




100 1 1/2" 5519.0 27.91 27.91 72.09

75-100 1" 1995.0 10.09 37.99 62.01

65-90 3/4" 1810.0 9.15 47.15 52.85

45-68 3/8" 2288.0 11.57 58.71 41.29

30-50 Nº 4 1282.0 6.48 65.20 34.80

15-32 Nº 10 981.0 4.96 70.16 29.84

7--20 Nº 40 4356.0 22.03 92.18 7.82

0--9 Nº 200 593.0 3.00 95.18 4.82

FONDO 953.0 4.82 100.00 0.00


Gráfica 3-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para base granular BG. 40

Fuente propia

72,09384639

62,00637104

52,85432573

41,28533145

34,80305405 29,84274662

7,817161349 4,818728826

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)


CURVA DE GRADACION

120


ANALISIS GRANULOMETRICO

NORMA TAMIZ PESO RET. % RETEN. % RET. ACUM. % PASA

1 1/2" 5519.0 27.91 27.91 72.09

100 1" 1995.0 10.09 37.99 62.01

75-100 3/4" 1810.0 9.15 47.15 52.85

52-78 3/8" 2288.0 11.57 58.71 41.29

35-59 Nº 4 1282.0 6.48 65.20 34.80

20-40 Nº 10 981.0 4.96 70.16 29.84

8-22 Nº 40 4356.0 22.03 92.18 7.82

0-9 Nº 200 593.0 3.00 95.18 4.82

FONDO 953.0 4.82 100.00 0.00

SUMAS 19777.0 100.00 Fuente propia


Fuente propia

72,09384639

62,00637104

52,85432573

41,28533145

34,80305405 29,84274662

7,817161349 4,818728826

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)


CURVA DE GRADACION

121




100 1 1/2" 5519.0 27.91 27.91 72.09

70-100 1" 1995.0 10.09 37.99 62.01

60-90 3/4" 1810.0 9.15 47.15 52.85

45-75 3/8" 2288.0 11.57 58.71 41.29

30-60 Nº 4 1282.0 6.48 65.20 34.80

20-45 Nº 10 981.0 4.96 70.16 29.84

10--30 Nº 40 4356.0 22.03 92.18 7.82

5--15 Nº 200 593.0 3.00 95.18 4.82

FONDO 953.0 4.82 100.00 0.00



Fuente propia

72,09384639

62,00637104

52,85432573

41,28533145

34,80305405 29,84274662

7,817161349 4,818728826

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)


CURVA DE GRADACION

122

Tabla 21-Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos para base granular BG 25



1 1/2" 5519.0 27.91 27.91 72.09

100 1" 1995.0 10.09 37.99 62.01

70-100 3/4" 1810.0 9.15 47.15 52.85

50-80 3/8" 2288.0 11.57 58.71 41.29

35-65 Nº 4 1282.0 6.48 65.20 34.80

20-45 Nº 10 981.0 4.96 70.16 29.84

10--30 Nº 40 4356.0 22.03 92.18 7.82

5--15 Nº 200 593.0 3.00 95.18 4.82

FONDO 953.0 4.82 100.00 0.00


Gráfica 6-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para Base granular BG. 25

Fuente propia

72,09384639

62,00637104

52,85432573

41,28533145

34,80305405 29,84274662

7,817161349 4,818728826

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)


CURVA DE GRADACION

123

Tabla 22-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para concretos NTC 174

Granulometría

Tamiz Peso Ret. % Ret. % Ret. Acum, % Pasa % Pasa

ICONTEC-74

2" 2323 22.0 22.0 78.0 100

1 1/2" 1411.00 13.4 35.4 64.6 95-100

1" 1750.00 16.6 52.0 48.0 35-70

1/2" 3374.00 32.0 84.0 16.0 10-30

N°4 1687.0 16.0 100.0 0.0 0-5

Fondo 0.0 0.0 100.0 0.0

Total 10545.00 100

Total Inicial 10545.00

% Aprox. 0 Max. 0.1%

Tamaño Máximo: 2" Tamaño Máximo Nominal: 1 1/2" Fuente propia

Gráfica 7-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para concretos

Fuente propia

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

1 10 100

% P

AS

A A

GR

EG

AD

O G

RU

ES

O


CURVA DE GRADACION AG. GRUESO ICONTEC 74

124

Tabla 23-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos I.N.V 213-13

Granulometría:

Tamiz Peso Ret. % Ret. % Ret. Acum, % Pasa % Pasa

ICONTEC-74

No. 4 43.0 0.6 0.6 99.4 95-100

No. 8 1495.0 19.7 20.3 79.7 80-100

No. 16 370.0 4.9 25.2 74.8 50-85

No. 30 4228.0 55.8 81.0 19.0 25-60

No. 50 998.0 13.2 94.2 5.8 10-30

No. 100 370.0 4.9 99.1 0.9 2-10

Fondo 68.0 0.9 100.0 0.0

Total 7572.0 100

Total Inicial 7572.0

% Aprox. 0.000 Max. 0.1%

Módulo de Finura: 3.2 Fuente propia

Gráfica 8-Curva de gradación de los agregados finos

Fuente propia

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,01 0,1 1 10 100

% P

AS

A A

GR

EG

AD

O G

RU

ES

O


CURVA DE GRADACION AG. FINOS ICONTEC 74

125

Tabla 24-Análisis granulométrico del llenante mineral utilizado en la elaboración de mezclas asfálticas. I.N.V E-215-13



Nº 16 232.0 46.40 46.40 53.60

Nº 30 109.0 21.80 68.20 31.80

Nº 50 108.0 21.60 89.80 10.20

Nº 200 48.0 9.60 99.40 0.60

Fondo 3.0 0.60 100.00 0.00


Gráfica 9-Curva de gradación de los agregados

Fuente propia

53,6

31,8

10,2

0,6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

PO

RC

EN

TA

JE

QU

E P

AS

A (

%)


CURVA DE GRADACION

126

Tabla 25-Densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de los agregados en estado suelto y compacto para agregado

fino. I.N.V E-217-13

Masa Unitaria Suelta del Agregado Fino

Tamaño del Agregado A B C D E F

Diámetro

Molde

( mm)

T. Max del

Agregado

(mm)

16 9,51 14835 14885 14520 14747 6200 8547

Totales 14747 8547

M.U.S.= Total F

= 8547

=1,41692 Vol. Molde (cm

3) 6031,86

Masa Unitaria Apisonada del Agregado Fino


Diámetro

Molde

( mm)

T. Max del

Agregado

(mm)

16 9,51 15020 15455 15480 15318 6200 9118

Totales 15318 9118

M.U.A.= Total E

= 9118

=1,51170 Volumen Molde (cm

3) 6031,86

A Peso Material más Molde Ensayo No. 1

B Peso Material más Molde Ensayo No. 2

C Peso Material más Molde Ensayo No. 3

D Promedio de A, B Y C

E Peso del Recipiente

F Peso Neto del Material Fuente propia

127

Tabla 26-Densidad bulk (peso unitario) y porcentaje de vacíos de los agregados en estado suelto y compacto para agregado

grueso. I.N.V E-217-13

Masa Unitaria Suelta del Agregado Grueso


Diámetro

Molde ( mm)

T. Max del

Agregado

(mm)

16 50,8 14140 15260 15685 15028 6200 8828

Totales 15028 8828

M.U.S.=

Total F

=

8828

1,61100 Vol.

Molde

(cm3)

5480,04

Masa Unitaria Apisonada del Agregado Grueso


Diámetro

Molde (mm)

T. Max del

Agregado

(mm)

16 50,8 15980 16070 15975 16008 6200 9808

Totales 16008 9808,3333

M.U.A.=

Total E

=

9808,33

1,78983 Volumen

Molde

(cm3)

5480,04

A Peso Material más Molde Ensayo No. 1

B Peso Material más Molde Ensayo No. 2

C Peso Material más Molde Ensayo No. 3

D Promedio de A, B Y C

E Peso del Recipiente

F Peso Neto del Material Fuente propia

129

Tabla 27-Cantidad de partículas livianas en un agregado pétreo. I.N.V E-221-13

Agregado Fino

Masa Seca Retenidas en el Colador (g) 0.03

Masa Seca Retenidas en el Tamiz No. 50 (g) 200.00

% en Masa de Partículas Livianas 0.015

% Máximo Art 630 0.5

Agregado Grueso

Masa Seca Retenidas en el Colador (g) 0.02

Masa Seca Retenidas en el tamiz No. 4 (g) 500.00

% en Masa de Partículas Livianas 0.004

% Máximo Art 630 0.5 Fuente propia

Tabla 28-Densidad, densidad relativa, (gravedad específica) y absorción del agregado fino y grueso I.N.V E-222-13 E I.N.V

E -223-13

Agregado Fino Ensayo Agregado Grueso Ensayo

Temperatura Ensayo 25 C

S en grs 100.00 Peso muestra sss en el aire B grs 3127.00

peso picnómetro grs 186.18

Volumen picnómetro en cm3 500.00 peso muestra en el agua C grs 1908.00

peso muestra seca A 98.00

peso picnómetro + agua + msss C 743.00 Peso muestra seca en el aire A grs 3108.00

peso picnómetro + agua B 679.00

Dens. Nominal=A/(B+A-C) 2.88 A-C grs 1200.00

Dens. Aparente=A/(B+S-C) 2.72 B-C grs 1219.00

Dens. Aparente sss=S/(B+S-C) 2.78

Absorción=((S-A)/A)*100 2.04 Dens. Nominal=A/(A-C) 2.59

peso recipiente + muestra seca 171.72 Dens. Aparente=A/(B-C) 2.5496

130

peso recipiente 73.72 Dens. Aparente sss=B/(B-C) 2.57

peso muestra seca A 98.00 Absorción=((B-A)/A)*100 0.61

% Absorción Según Art. 630 4.00

% Absorción Según Art. 630

4.00

Fuente propia

Tabla 29-Determinación del valor del 10% de finos. I.N.V E-224-13

Agregado Grueso

Masa de la Muestra Sometida a Compresión (g) 3397

Material que Pasa por el Tamiz No. 8 (g) 36

Material que Retiene por el Tamiz No. 8(g) 3352

Fuerza Aplicada (Newton) 10240

Fuerza Requerida Para Producir el 10% de Finos en la Muestra Ensayada

(Newton) 10597 Fuente propia

Tabla 30-Porcentaje de partículas fracturadas en un agregado grueso I.N.V E-227-13

Datos Generales Agregado Grueso

Tamaño del

Agregado Masa

Material (g)

Masa de Partículas

Fracturadas (g)

Masa de

Partículas no

Fracturadas

(g)

% de Caras

Fracturadas

(g) Pasa

Tamiz

Retenido en

Tamiz

2 1/2" 2" 15140.00 13041.00 2099.00 86.14

2" 1 1/2" 7599.00 6174.00 1424.00 81.26

1 1/2" 1" 3000.00 2215.00 1189.00 65.07

1" 3/4" 1506.00 792.00 716.00 52.52

3/4" 1/2" 502.00 314.00 188.000 62.55

1/2" 3/8" 200.00 74.00 122.000 37.76

3/8" 1/4"

27947.00 2234838.75

% Caras Fracturadas= 64.2149

% Mínimo Según Art. 330-13 Para Base Granular Tipo C 50

% Mínimo Según Art. 330-13 Para Base Granular Tipo B 70

% Mínimo Según Art. 330-13 Para Base Granular Tipo A 100

Fuente propia

131

Tabla 31-Análisis granulométrico para índice de aplanamiento y alargamiento



2 1/2" 1978.0 9.95 9.95 90.05

2" 2323.0 11.68 21.63 78.37

1 1/2" 1411 7.10 28.73 71.27

1" 1750.0 8.80 37.53 62.47

3/4" 1917.0 9.64 47.17 52.83

1/2" 2326.0 11.70 58.86 41.14

3/8" 348.0 1.75 60.61 39.39

1/4" 1060.0 5.33 65.94 34.06

Fondo 6772.0 34.06 100.00 0.00


Gráfica 10-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para el cálculo de índice de aplanamiento y alargamiento

Fuente propia

78,37063113 71,27483027

62,4742268 52,83379432

41,13653508 39,38647222 34,05582097

0

20

40

60

80

100

0,01 0,1 1 10 100

PO

RC

EN

TA

JE

PA

SA

(%

)


CURVA DE GRADACION

132

Tabla 32-Índice de alargamiento y Aplanamiento

Datos Generales Aplanamiento Alargamiento

Tamaño del

Agregado A (g) B (g) C (g) D (C/B)

% E (g)

F

(g)

G

(F/E)

% Pasa

Tamiz

Retenido

en Tamiz

2 1/2" 2" 9.95 1978.00 0.00

2323.00

1.6

6 0.07

2" 1 1/2" 11.68 2323.00 0.00

0.0000 1411.00

0.7

8 0.06

1 1/2" 1" 7.10 1411.00

0.00 0.0000 1750.00

1.3

2 0.08

1" 3/4" 8.80 1750.00

0.00 0.0000 1917.00

1.4

9 0.08

3/4" 1/2" 9.64 1917.00

0.033 0.0017 2326

0.7

5 0.03

1/2" 3/8" 11.70 2326.00

0.034 0.0015 348

0.4

3 0.12

3/8" 1/4" 1.75 348.00 0.005 0.0014 1060 0.00

60.61 0.04 4.32

Índice Aplanamiento total 0.0004

Índice Alargamiento

total = 0.04

3

Índices Obtenidos

Aplanamiento = 0.00

04

Alargamiento = 0.04

3

% Máximo Según Art. 330-13 Para Bases Granulares

Tipo C,B,A. 35

A % RETENIDO GRADACION

ORIGINAL

B PESO FRACCIONES, Mi

C PESO QUE PASA, Mli

D INDICE APLANAMIENTO

FRACCION, Ili

E PESO FRACCIONES, Mi

F PESO RETENIDO, Mai

G INDICE ALARGAMIENTO

FRACCION, Lai Fuente propia

133

Tabla 33-Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato Micro- Deval.

I.N.V E-238-13

Tamaño Máximo Nominal 1"

Gradación Usada A

Volumen del Agua (i) 2

Masa de las Esferas (g) 5000

Tiempo del Ensayo (min) 120

Masa Inicial Antes del Ensayo (g) 1500,9

Masa Final del Ensayo (g) 1384,4

Masa Perdida (g) 116,5

% de Perdida Maquina Micro-Deval 7,8

% de Perdida Material de Control

Especificación Art-300-13 ≤ 30

Fuente propia

134

Tabla 34-Solidez de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato de sodio o de magnesio I.N.V. E-220-13

Calculo de la Perdida Media

Tamices Granulometría Inicial

Masa de Muestra Después de

Ensayada % de Perd.

mm pulg.

50,0 2 " 3586 3586,0 0

37,5 1 1/2" 1940 1937,0 0,2

25,0 1 " 1308 1306,0 0,15

19,0 3/4" 359 358,8 0,28

12,5 1/2" 540 539,7 0,06

9,51 3/8" 388 387,0 0,26

4,75 No. 4 314 312,6 0,45

Total 1,12

% Max. Art. 320-13 Para Sub Bases Granulares Tipo C, B, A. 18

% Max. Art. 320-13 Para Bases Granulares Tipo C, B, A. 18

% Max. Art. 630-13 Para Base de Concreto Hidráulico 1.2

% Max. Art. 630-13 Para Fabricación de Concreto Hidráulico 1.2

Fuente propia

135

4. Conclusiones

Al culminar este proyecto de grado sobre la caracterización físico – mecánica de los

agregados pétreos procedentes del rio Negro en el municipio de Villavicencio, podemos

concluir lo siguiente:

Para la muestra de arena utilizada en el ensayo de materia orgánica (I.N.V. E

212-13), se obtiene un color amarillo cuyo número de referencia orgánica es

Nº 2 y color normal Gardner Nº 8, indicando que es un material que se puede

usar en la preparación de hormigón de resistencia normal ( f'c > 28 MPa ).

El porcentaje de finos presente en arenas para fabricación de concretos y

morteros (I.N.V. E 214-13) no debe exceder los valores máximos del 5% para

hormigón normal. Se puede concluir que el porcentaje (%) de finos hallado en

la muestra no cumple con lo especificado en la norma pues dio como resultado

un 6,775% excediendo el límite. Cuenta con un 0.015% de partículas livianas

(I.N.V. E 221-13) en el agregado fino y 0.004% en el agregado grueso, valores

inferiores a los límites máximos enunciados por la norma (Art. 630-13 y 505-

13).

El agregado presenta un 2.04% de absorción en el agregado fino y 0.61% en el

agregado grueso, es decir que no se incrementó la masa del agregado en un

porcentaje alto una vez expuesto al contacto con el agua, cumpliendo con la

norma I.N.V. E 222-13 y 223-13.

En el ensayo de 10% de finos (I.N.V. E 224-13) el agregado soporto una carga

de 10240 Newton, con una penetración de 1 cm. Se calcula que la fuerza

necesaria para producir el 10% de finos en la muestra ensayada es 10597

Newton.

136

El porcentaje mínimo de caras fracturadas para bases granulares tipo C, B y A

es de 50, 70 y 100% respectivamente. El resultado obtenido mediante el

ensayo es de 64.21% es decir que cumple para Base Granular Tipo C según lo

especificado en la norma I.N.V. E, como también con los parámetros de

alargamiento y aplanamiento.

La muestra presenta un 94.49 % libre de contaminación por limos y arcillas

(I.N.V. E 133-13), indicando que puede ser utilizado en la fabricación de

concreto, bases y sub bases tipo C, B y A. Como también presenta un 0.11%

de terrones de arcillas y partículas deleznables en el agregado fino (I.N.V. E

211-13) siendo óptimo para elaboración de mezcla de concreto hidráulico.

El análisis de las gráficas y tablas anteriormente representadas permite

visualizar de forma clara si la distribución de tamaños de las partículas se

ajusta a las especificaciones de las normas colombianas. A partir de estos se

pueden determinar varios parámetros importantes para el estudio de la

preparación de mezclas de morteros y concretos como también para bases y

sub bases. Estos resultados son:

a) El Modulo de finura para la muestra de agregado fino ensayada (I.N.V.

E 213-13) es de 3.2 el cual cumple con los limites estipulados en la

norma que esta entre 2,7 y 3,4 para concretos, sin embargo, se observa

que es una arena gruesa, que tiene como desventaja la manejabilidad de

la mezcla y costo elevado de la misma.

b) La Norma NTC 174 brinda los límites granulométricos para agregado

fino, el cual significa que la granulometría de agregados finos

adecuada para el concreto tiene que estar dentro de estos dos límites y

para la muestra natural procedente del rio negro resulto que, si cumple

137

con las especificaciones y puede ser utilizado en la elaboración de

concretos, mientras que el agregado grueso no.

c) Para sub base granular SBG 50 y SBG 38 encontramos que si cumple

con los rangos establecidos por la norma I.N.V. E 2013 art. 320-13. En

cambio, para las bases granulares BG 25, BG 27, BG 38 y BG 40 no

cumple con los límites establecidos en el art. 330-13 de la norma

I.N.V. E 2013, debido al gran tamaño de sus partículas que hacen que

la gradación no sea óptima para la utilización como elemento de

conformación de vías.

Gracias a las normas técnicas colombianas, a muchas investigaciones realizadas y el apoyo

del docente tutor, hoy en día es fácil saber con qué elemento se va a trabajar lo que nos ayuda

a tener en cuenta los problemas que nos puede traer una mala elección, o beneficios que estos

nos puedan aumentar, si conocemos las características y propiedades del mismo.

138

5. Recomendaciones

De acuerdo a los resultados obtenidos en los ensayos de granulometría, se observa que

este material no es conveniente utilizarlo como bases granulares en la conformación de vías;

de esta manera es necesario someterlo a un proceso de trituración, para que la gradación

mejore y cumpla con los límites o franjas granulométricas establecidos en la Norma I.N.V E-

2013 art. 330-14.

El módulo de finura para los agregados finos cumple con los rangos establecidos, sin

embargo, al observar el resultado se concluye que es una arena gruesa y tiene la desventaja de

fabricar mezclas poco manejables y costosas, debido a la gran cantidad de cemento que hay

que adicionar. Por esta razón se hace necesario realizar un proceso de mejoramiento, en

donde es conveniente adicionar más material que pase por el tamiz No. 50. El 15% de dicho

material debe pasar por el tamiz para que el módulo de finura disminuya, la mezcla sea

óptima y económica.

139

Referencias

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