Práctica Nº 3 Granulometria I PDF

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Universidad de Alicante - Prácticas de Materiales de Construcción I.T.O.P – Práctica Nº 3 (Curso 2.008 – 2.009) César García Andreu, José Miguel Saval Pérez, Francisco Baeza Brotons, Antonio José Tenza Abril

Prácticas de Materiales de Construcción – I.T. Obras Públicas

PRÁCTICA Nº 3

GRANULOMETRÍA I DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DE UN ÁRIDO

Contenido: 1.1 Conceptos básicos -

Granulometría

-

Fracción granulométrica

-

Ajustes granulométricos

-

Ejemplos.

1.2 Caso práctico: Aplicación de áridos en hormigones convencionales 1.2.1 Granulometría de una arena. Práctica 1. 1.2.2 Designación de áridos en hormigones. Práctica 2. 1.3 Granulometrías óptimas. Curvas de Fuller y Bolomey. ANEJO 1: Instrumental de laboratorio utilizado en la práctica ANEJO 2: Ejercicios

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1.1 Conceptos básicos Los áridos son un conjunto de partículas pétreas de diferentes tamaños. La aptitud de un árido como material de construcción depende tanto de las propiedades de sus partículas como elementos aislados, como de las propiedades como conjunto de partículas. En esta práctica veremos las propiedades como conjunto de partículas. Granulometría: Es la distribución por tamaños de las partículas de un árido. Para conocer la distribución de tamaños de las partículas que componen una muestra de árido se separan estos mediante cedazos o tamices.

Tamices: Son unos elementos con un marco metálico y con una malla en el que parte del árido quedará retenido. Luz de malla: Es la separación libre entre los alambres de la malla.

Fracción granulométrica: Es la cantidad de árido que pasa por un tamiz y queda retenido

en otro. Ajustes granulométricos: Consiste en ajustar la granulometría de un árido a un huso

granulométrico. En toda aplicación de los áridos, hay que fijar unos límites inferiores y superiores que dan un entorno dentro del cual están comprendidos los tamaños útiles de los áridos para esa aplicación en concreto. A estos límites se les denomina husos granulométricos.

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Los husos granulométricos vienen definidos mediante gráficas o tablas: Ejemplos:

Tamiz 40 31,5 16 8 4 2 0,5 0,2 0,063

Porcentaje que pasa (en peso) 100 90-100 85-95 65-80 45-65 30-50 10-40 5-25 3-9

A la izquierda huso granulométrico del sub-balasto representado en un gráfico y a la derecha la tabla correspondiente a esta aplicación.

1.2 Caso práctico: Aplicación de áridos para hormigones

NOTA:

Composición de un hormigón convencional: ÁRIDO + AGUA + CEMENTO + (ADITIVOS) Aproximadamente el 80 % del volumen del hormigón

En hormigones, la división más simple de un árido sería en dos fracciones que denominamos árido fino y árido grueso. Según la instrucción española del hormigón esta división correspondería a:

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-

Árido grueso: La fracción de árido que queda retenida en el tamiz 4 mm.

-

Árido fino: La fracción del árido que pasa por el tamiz 4 mm y queda retenido en el tamiz 0,063 mm.

-

Finos del árido: La fracción que pasa por el tamiz 0,063 mm.

En el caso de hormigones, las granulometrías de la arena y de los áridos gruesos se determinan independientemente, esta división de tamaños del árido afecta a: 1. Obtención de hormigones dóciles y compactables (estado fresco). 2. Obtención de hormigones compactos y resistentes mecánicamente y químicamente (estado endurecido.) Huso granulométrico del hormigón según la EHE (Instrucción de hormigón estructural). Solamente para el árido fino. La granulometría se puede representar tanto en gráficas como en tablas.

Límites

Material retenido acumulado, en % en peso, en los tamices. 4 mm

2 mm

1 mm

0,5 mm

0,25 mm

0,125 mm

0,063 mm

Superior

0

4

16

40

70

82

(1)

Inferior

20

38

60

82

94

100

100

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Si observamos la cantidad de finos admisibles en la granulometría de la arena para hormigones (tamiz 0,063 mm), puede contener desde un 6% a un 15% en función del ambiente al que estará expuesto el hormigón. 1.2.1 Granulometría de una arena para hormigones convencionales. PRÁCTICA 1 Tamizadora: Elemento mecánico que facilita el tamizado de las muestras, realiza el tamizado de una sola vez. Se coloca la batería de tamices de mayor a menor abertura de malla. Con el movimiento oscilatorio se realiza el tamizado de la muestra.

OBJETIVO

Realizar el tamizado de una muestra de árido fino para hormigones convencionales y comprobar si se encuentra en el huso granulométrico que establece la instrucción (ver tabla y gráfica anterior). MATERIAL UTILIZADO (ver anejo 1) -

Muestra de árido fino. Tamices UNE. Tapa y fondos herméticos. Tamizadora (opcional). Bandejas y cepillos. Balanza. Dispositivos de lavado. Estufa.

Pesaremos las cantidades de árido retenido en cada tamiz y obtendremos la cantidad de árido retenido en cada uno de éstos (retenido parcial). Tamiz UNE (mm)

Retenido parcial (gr)

4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,063 Fondo

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¿Qué cantidad de árido es necesaria tamizar para obtener la granulometría de éste? Cantidad mínima de árido (en función del tamaño máximo del árido):

•

Tamaño máximo del árido (mm)

63 mm

31,5 mm

16 mm

Peso mínimo de muestra (kg)

40 Kg

10 Kg

2,6 Kg

8 mm 0,6 Kg

 4 mm 0,2 Kg

Tabla con la cantidad de muestra mínima de árido a tamizar para la obtención de la granulometría en función del tamaño máximo del árido.

Cantidad máxima de árido:

•

á =

Donde: 

 ∙  200

A es el área del tamiz en mm2. (Los tamices utilizados en la práctica tienen 200 mm de diámetro).



d es la abertura del tamiz en mm.

La cantidad máxima a tamizar está limitada para que todas las partículas entren en contacto con la malla, si echásemos mayor cantidad de muestra, el tamizado sería más lento y se deterioraría la malla.

EJEMPLO: Máxima cantidad de árido a tamizar sabiendo que el diámetro del tamiz es de 200 mm y el tamaño máximo del árido es de 4 mm.

Si tuviésemos que tamizar 1.000 gr de árido lo tendríamos que realizar en varias operaciones de tamizado.

Dejamos de tamizar cuando entre dos tamizadas consecutivas la variación en peso es menor del 1 % del peso (para cada uno de los tamices).

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PROCEDIMIENTO OPERATORIO: a) Lavado y secado de la muestra. b) Verter el material seco en la columna de tamices (de la serie a utilizar según la aplicación). La columna está formada por cierta cantidad de tamices ensamblados en orden decreciente de tamaños de abertura con el fondo y la tapa. c) Agitar la columna de tamices, retirarlos y colocar el árido retenido en bandejas (cuando el material retenido no varíe en más de un 1% de la pesada anterior). d) Pesar el material retenido y registrar su peso.

1

Tamiz (mm)

Retenido parcial (gr)

2

Retenido acumulado (gr)

% Retenido parcial

3 % Retenido acumulado

4

% Pasa

4 2 1 0,5 0,250 0,125 0,063 FONDO  . = Retenido acumulado (i) = Retenido parcial (i) + Ret. parcial tamices de abertura mayor

   % =

   ∙ 100  

%  = 100 − % 

Origen Destino

% Retenido acumulado (i) = % Retenido parcial (i) + % Retenido acumulado de los tamices de abertura mayor o

%   =

   ∙ 100   

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EJERCICIO: Compara los resultados obtenidos con el huso granulométrico de la EHE. ¿Cumple con el huso de árido fino? Comenta el resultado obtenido.

1.2.2 Designación de áridos en hormigones. Según la instrucción EHE, los áridos para hormigones se pueden designar en función del tamaño máximo y mínimo del árido.

' D( Árido %d

Donde: 

(D) = Tamaño máximo: Mínima abertura de tamiz (UNE-EN 933-2:96) por el que pasa más del 90% en peso, cuando además pase el total por el tamiz de abertura doble.



(d) = Tamaño mínimo: Máxima abertura de tamiz por el que pasa menos del 10% en peso.

PRÁCTICA 2 OBJETIVO

Designación de un árido en hormigones estructurales según la EHE. EJERCICIO: Designación del árido de la práctica realizada. Tamaño máximo (D) = Tamaño mínimo (d) = Designación 

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1.3 Granulometrías óptimas. Curvas de Fuller y Bolomey. En muchas ocasiones se opta por adaptar la granulometría de la mezcla de áridos a una curva teórica que se toma por referencia, por ser la óptima desde el punto de vista de compacidad, trabajabilidad o por otras razones. Las curvas clásicas de referencia son las curvas de Fuller y las curvas de Bolomey. Para la realización de las prácticas consideraremos: 

Tamices UNE (63 – 31,5 – 16 – 8 – 4 – 2 – 1 – 0,500 – 0,250 – 0,125 – 0,063)



Las fracciones (arena, grava) que se emplearán en el cálculo irá en función del tamaño máximo del árido: o

Tamaño máximo < o igual a 20 mm (mínimo 2 fracciones).

o

Tamaño máximo > 20 mm (Mínimo 3 fracciones).

Para ajustar la granulometría de nuestro árido a estas curvas óptimas (Fuller o Bolomey) se utilizarán dos métodos distintos: 

Ajuste gráfico.



Ajuste por módulos granulométricos.

Para ajustar las curvas tendremos en cuenta las siguientes consideraciones: FULLER -

BOLOMEY

Hormigón armado, sin estar fuertemente armado. Árido rodado. Tamaño máximo del árido 50 + - 20 mm. Contenido de cemento > o igual 300 Kg. ) = 100 ∙ *



-

Cualquier tipo de sección. Vale para hormigón en masa. Recomendado cuando hay muchas fracciones de árido. El cemento se considera un árido más (el más fino de todos). Para árido rodado y machacado. Es variable en función de la consistencia del hormigón.

+ y: % que pasa  d: serie de tamices. ) =  + 100 −  ∙ * + D: Tamiz que corresponde al tamaño máximo del árido. y: % que pasa d: serie de tamices. D: Tamiz que corresponde al tamaño máximo del árido. a: parámetro que depende de la consistencia del * hormigón y del tipo de árido empleado (ver tabla) .

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(*)

Los valores de a en la paráboloa de Bolomey varían en función del tipo de árido y de la consistencia del hormigón. Valores de “a” en la parábola de Bolomey Consistencia del Áridos Áridos rodados machacados hormigón Seca y plástica 10 12 Blanda 11 13 Fluida 12 14

Con las expresiones de Fuller y de Bolomey podremos hacer una representación gráfica: 

Fuller: Habrá una curva diferente por cada tamaño máximo de nuestro árido.



Bolomey: Habrá una curva diferente por cada tamaño máximo de nuestro árido y consistencia del hormigón.

100,00

80,00 70,00 60,00

Curva de Bolomey a = 14

50,00 40,00

Curva de Bolomey a = 10

30,00 Curva de Fuller

20,00

% QUE PASA, EN VOLUMEN ABSOLUTO

90,00

CURVAS GRANULOMÉTRICAS TIPO Papel semilogarítmico

10,00 0,00 ABERTURA DE TAMICES

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ANEJO 1: Instrumental de laboratorio utilizado en la práctica

Estufa

Balanza

Tamices

Tapa y fondo de tamiz

Tamizadora

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ANEJO 2: Ejercicios Ejercicio 3.1 Representar la curva óptima de Fuller y la curva de Bolomey sabiendo que el tamaño máximo del árido es 63 mm y para Bolomey a = 10. Bolomey (a=10)

Fuller d Tamiz (mm) 63 31,5 16 8 4

y % Pasa

d Tamiz (mm) 63 31,5 16 8 4

2 1 0,5 0,250 0,125

2 1 0,5 0,250 0,125

0,063

0,063

y % Pasa

1  % que pasa 2 % retenido acumulado 3  serie de tamices

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