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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
CARACTERIZACIÓN FÍSICO–QUÍMICA DEL AGREGADO PÉTREO DEL RIO
NEGRO EN LA CIUDAD DE VILLAVICENCIO (META)
Análisis sistemático de literatura como requisito para optar al título de ingeniero civil
GARCIA PAREJA JONATATH LARRY
MORALES BONILLA DANIEL JOSÉ
TAPASCO MARIO ANDRES
ASESOR
Ing. MATEO AGUDELO VARELA
Mg. En Gestión Ambiental
Especialista en Planeación Ambiental
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIAS
MODALIDAD DE GRADO
VILLAVICENCIO
2017
AUTORIDADES ACADÉMICAS
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
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
____________________________________
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.
GARCIA PAREJA JONATATH LARRY
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
Tabla 19-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para base granular BG 27
................................................................................................................................................ 120
Tabla 20-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para base granular BG 38
................................................................................................................................................ 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 24-Retención tamiz No 30 ...................................................................................... 82
Fotografía 25-Retención tamiz No 40 ...................................................................................... 83
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 58-Retención tamiz No 8 ...................................................................................... 107
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 4-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para base granular BG. 27 120
Gráfica 5-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para base granular BG. 38 121
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
CARACTERIZACIÓN FÍSICO–QUÍMICA DEL AGREGADO PÉTREO DEL RIO
NEGRO EN LA CIUDAD DE VILLAVICENCIO (META)
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).
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,
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
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.11)
Ilustración 6-Serie de Bowen
Fuente: 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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.12)
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
Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.13)
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.13)
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
Fragmentos irregulares
que dependen de las
juntas y grietas
Probablemente
resistente
Toba Equipo o Explosivos
Fragmentos irregulares
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
Fragmentos irregulares
o ajeados, según la
foliación
Algunas se
deterioran con
procesos de
humedecimiento y
secado
Gnesis Explosivos
Fragmentos irregulares
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.15)
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.15)
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.15)
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.
(Gutierrez de Lopez, 2003) (p.17)
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,
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
Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
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
Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
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
Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
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
Fuente: http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
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.
ARTÍCULO 330-14 de las especificaciones INVIAS.
ARTÍCULO 505-13 de las especificaciones INVIAS.
ARTÍCULO 630-14 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
Fotografía 23-Retención tamiz No 16
Fuente propia
Fotografía 24-Retención tamiz No 30
Fuente propia
83
Fotografía 25-Retención tamiz No 40
Fuente propia
Fotografía 26-Retención tamiz No 100
Fuente propia
84
Fotografía 27-Retención tamiz No 200
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
Fotografía 30-Material retenido en tamiz No 30
Fuente propia
87
Fotografía 31-Material retenido en tamiz No 200
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
Fotografía 58-Retención tamiz No 8
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
Análisis Granulométrico
Norma Tamiz Peso Ret. % Reten. % Ret. Acum. % Pasa
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
Sumas 19785.0 100.00 Fuente propia
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 (
%)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
CURVA DE GRADACION
119
Tabla 18-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para base granular BG 40
Análisis Granulométrico
Norma Tamiz Peso Ret. % Reten. % Ret. Acum. % Pasa
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
Sumas 19777.0 100.00 Fuente propia
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 (
%)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
CURVA DE GRADACION
120
Tabla 19-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para base granular BG 27
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
Gráfica 4-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para base granular BG. 27
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 (
%)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
CURVA DE GRADACION
121
Tabla 20-Análisis granulométrico de los agregados gruesos y finos para base granular BG 38
Análisis Granulométrico
Norma Tamiz Peso Ret. % Reten. % Ret. Acum. % Pasa
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
Sumas 19777.0 100.00 Fuente propia
Gráfica 5-Curva de gradación de los agregados finos y gruesos para base granular BG. 38
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 (
%)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
CURVA DE GRADACION
122
Tabla 21-Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos para base granular BG 25
Análisis Granulométrico
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
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
Sumas 19777.0 100.00 Fuente propia
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 (
%)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
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
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
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
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
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
Análisis Granulométrico
Norma Tamiz Peso Ret. % Reten. % Ret. Acum. % Pasa
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
Sumas 500.0 100.00 Fuente propia
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 (
%)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
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
Tamaño del Agregado A B C D E F
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
Tamaño del Agregado A B C D E F
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
Tamaño del Agregado A B C D E F
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
128
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
Análisis Granulométrico
Norma Tamiz Peso Ret. % Reten. % Ret. Acum. % Pasa
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
Sumas 19885.0 100.00 Fuente propia
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
(%
)
ABERTURA DEL TAMIZ (mm)
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
Alcaldia de Villavicencio. (11 de Abril de 2017). Alcaldia de Villavicencio. Obtenido de
http://www.villavicencio.gov.co/index.php?option=com_content&view=article&id=9
8&Itemid=920
Gutierrez de Lopez, L. (Marzo de 2003). Universidad Nacional de Colombia. Obtenido de
Repositorio Nacional UN:
http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
Sociedad Geográfica de Colombia. (2014). Nuestra ciudad. Recuperado el 30 de octubre del
2014, de http://www.sogeocol.edu.co/meta.htm
Instituto Geográfico Agustín Codazzi. (2014). Recuperado el 01 de noviembre de 2014, de
http://geoportal.igac.gov.co/ssigl2.0/visor/galeria.req?mapaId=7
Alcaldía de Villavicencio. (2014). Nuestra ciudad. Recuperado el 01 de noviembre del 2014,
de http://www.alcaldiadevillavicencio.gov.co
Plan de Manejo Ambiental para la Extracción y Beneficio de Materiales de Arrastre
(Mediana Minería) – Licencia de Exploración Nº BHM-112. Armo Ingeniería Ltda. (2003).
CORMACARENA. Villavicencio (2014).
Gobernación del Meta. (2014). Información general sobre el departamento del Meta.
Recuperado el 28 de octubre del 2014, de http://www.meta.gov.co.
Instituto Colombiano de Normas Técnicas (ICONTEC). NTC – 174. Concretos.
Especificaciones de los Agregados para Concretos. Bogotá: ICONTEC
140
Instituto Nacional de Vías (I.N.V.I.A.S). Especificaciones Generales de Construcción de
Carreteras y Normas de Ensayo de Materiales para carreteras. Documentos en PDF. Bogotá,
D. C.
Bracamonte Miranda, Alex José. Vertel Morinson, Melba Liliana. Cepeda Coronado, Jesús
Antonio. Caracterización Físico-Mecánica De Agregados Pétreos De La Formación
Geológica Toluviejo (Sucre) Para Producción De Concreto. Universidad de Sucre.
Conasfaltos S.A. Agregados Pétreos. Recuperado el 18 de octubre de 2014 de:
http://www.conasfaltos.com/archivos_web_conasfaltos/descargas/formatos/cartilla
Gutiérrez de López, Libia. El Concreto Y Otros Materiales Para La Construcción.
Universidad Nacional de Colombia (2003). Recuperado el 23 de noviembre de 2014 de:
http://www.bdigital.unal.edu.co/6167/5/9589322824_Parte1.pdf
Chaparro Riaño, Ángela Marcela. Vélez Ríos, María Fernanda. Caracterización de los
materiales pétreos procedentes del Rio Guayuriba del municipio de Villavicencio Meta
(2014). Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio.