ENSAYO DE EQUIVALENCIA DE ARENA

INDICE
ENSAYO DE EQUIVALENCIA DE ARENA
3
Utilidad del Ensayo
3
Equipamiento de Laboratorio
3
Realización Práctica
3
Lavado del Material
3
Mediciones
4
ENSAYO DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS
4
Utilidad del Ensayo
4
Resumen del método
4
Equipos
5
Preparación de muestra
6
Procedimientos
7
Cálculos
9
Precisión
10
ENSAYO DE DESGASTE POR ABRASIÓN
11
Utilidad del Ensayo
11
Equipos de Laboratorio
11
Preparación de la muestra
11
Procedimientos
12
Resultados
12
1
Precisión
12
Normas
12
ORGANIZADOR VISUAL
13
ENSAYOS DE EQUIVALENCIA DE ARENA, SUELOS Y AGREGADOS FINOS Y DESGASTE POR
ABRASIÓN
I.
ENSAYO DE EQUIVALENCIA DE ARENA:
1.1. Utilidad del Ensayo

Sirve para evaluar la limpieza de los áridos finos o suelos poco plásticos, a través de un
índice relativo a la proporción de material.

El ensayo sirve para caracterizar los áridos que se utilizan para la construcción de
carreteras.

Cuanto mayor es el Equivalente de Arena (SE) mejor es la calidad del material.
1.2. Equipamiento de Laboratorio







Varilla con lastre
Probeta
Embudo
Recipiente
Cuarteador
Agitador mecánico
Recipiente de la disolución
1.3. Realización Práctica

La 1a submuestra se utiliza para determinar el contenido de agua y de finos de la
muestra de laboratorio. Se seca en estufa y se determina el contenido de finos.

La 2a submuestra se utiliza para determinar el valor del equivalente de arena. Se usa la
fracción granulométrica 0/2 mm. Esta no debe secarse artificialmente.

Se vierte una muestra de ensayo en la probeta cilíndrica graduada.

Se golpea varias veces la base de cada probeta para desalojar las burbujas de aire.

Se deja reposar la probeta cilíndrica durante 10 minutos para empapar la muestra de
ensayo.

Se sella la probeta con un tapón de caucho y se fija en la máquina de agitación.

Se agita la probeta cilíndrica durante 30 segundos.
2

A continuación, se vuelve a colocar en posición vertical hacia arriba.
1.4. Lavado del Material

Se quita el tapón y enjuaga con la solución lavadora.

Se introduce el tubo lavador en la probeta cilíndrica enjuagando primero sus paredes y
a continuación se empuja el tubo hacia abajo hasta el fondo de la probeta.

Se mantiene la probeta cilíndrica en posición vertical mientras se deja que se produzca
el ascenso de los finos y los componentes arcilloso
1.5. Mediciones

Se deja reposar la probeta 20 minutos Se mide con una regla la altura h1 del nivel
superior de la suspensión con relación a la base de la probeta.

Se baja el pistón hasta que su pie repose sobre el sedimento.

Se determina la altura h2 midiendo la distancia entre la cara inferior de la cabeza del
pistón y la cara superior del disco.
II.
ENSAYO DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS:
2.1. Utilidad del ensayo.

Este ensayo produce como resultado un valor empírico de la cantidad relativa de finos
y material arcilloso presente en la muestra de suelo o agregado fino.

Puede especificarse un valor mínimo del equivalente de arena, para limitar la cantidad
permisible de finos arcillosos en un agregado.

Este método de ensayo permite determinar rápidamente, en el campo, variaciones de
calidad de los materiales que se estén produciendo o utilizando.
2.2. Resumen del método.

A un volumen determinado de suelo o agregado fino se le adiciona una pequeña
cantidad de solución floculante, mezclándolos en un cilindro de plástico graduado y
agitándolos para que las partículas de arena pierdan la cobertura arcillosa. La muestra
es entonces "irrigada", usando una cantidad adicional de solución floculante, para
forzar el material arcilloso a quedar en suspensión encima de la arena.
3

Después de un período de sedimentación, se determinan las alturas de la arcilla
floculada y de la arena en el cilindro.
2.3. Equipos.

Cilindro graduado de plástico, con diámetro interior de 31.75 ± 0.381 mm (1¼ ± 0.015")
y altura de 431.8 mm (17") aproximadamente, graduado en espacios de 2.54 mm (0.1"),
desde el fondo hasta una altura de 381 mm (15").

La base del cilindro debe ser de plástico transparente de 101.6 x 101.6 x 12.7 mm (4" x
4" x ½") bien asegurada al mismo, como se muestra en la Figura No. 1. (Montaje 3).

Tapón macizo de caucho o goma que ajuste en el cilindro.

Tubo irrigador, de acero inoxidable, de cobre o de bronce, de 6.35 mm (¼") de diámetro
exterior, y 0.89 mm (0.035") de espesor, con longitud de 508 mm (20"), con uno de sus
extremos cerrado formando una arista. Las caras laterales del extremo cerrado tienen
dos orificios de 1 mm de diámetro (calibre No.60), cerca de la arista que se forma. Figura
No. 1 (detalles).

Tubo flexible (de plástico o caucho) de 4.7 mm (3/16") de diámetro y de 1.20 m de largo,
aproximadamente, con una pinza que permita cortar el paso del líquido a través del
mismo. Este tubo conecta el sifón con el tubo irrigador.

Un botellón de 3.785 l (1 galón) de capacidad, destinado a contener la solución de
cloruro de calcio; el tapón de este frasco lleva dos orificios, uno para el tubo del sifón y
el otro para entrada de aire. El frasco debe colocarse a 90 cms de altura sobre la mesa
de trabajo.

Dispositivo para tomar lecturas. Un conjunto formado por un disco de asentamiento,
una barra metálica y una sobrecarga cilíndrica. Este dispositivo está destinado a la toma
de lecturas del nivel de arena y tendrá un peso total de 1 kg. La barra metálica tiene 457
mm (18") de longitud; en su extremo inferior lleva enroscado un disco metálico de cara
inferior plana perpendicular al eje de la barra; la cara superior de este disco de
asentamiento es de forma cónica. El disco lleva tres tornillos pequeños que sirven para
centrarlo en el interior del cilindro.

Recipiente metálico, de diámetro 57 mm (2¼") aproximadamente, con una capacidad
de 85 ± 5 ml. E - 133 - 3

Embudo, de boca ancha, de 101.6 mm (4") de diámetro.

Reloj o cronómetro, para lecturas de minutos y segundos.
4

Un agitador, que puede ser:

Mecánico que tenga una carrera de 203.2 ± 1.02 mm (8 ±0.04") y que opere a 175 cpm.
(Ciclos por minuto).

De operación manual. Que sea capaz de producir un movimiento oscilatorio a una rata
de 100 ciclos completos en 45 ± 5 seg., con ayuda manual y un recorrido medio de 127 ±
5.08 mm (5 ± 0.2").
2.4. Preparación de la muestra.

Obténgase al menos 1500g de material que pase el tamiz de 4.75 mm (No.4), de la
siguiente forma:
-
Sepárese la muestra por tamizado a mano o por medio de un tamizado mecánico.
-
Antes de seleccionar la muestra de ensayo se deben desmenuzar todos los terrones
de material fino.
-
Remuévase cualquier cubierta de finos que se adhiera al agregado grueso: estos finos
pueden ser removidos por secado superficial del agregado grueso, y frotación entre
las manos sobre un recipiente plano. Añádase el material así removido a la porción
fina de la muestra.

Para determinar la cantidad de material para el cuarteo, se pesará o se determinará el
volumen de una porción de material igual a 4 moldes de medida, en la siguiente forma:
-
Humedézcase el material para evitar segregación o pérdida de finos durante el
proceso de separación o cuarteo, teniendo cuidado, al adicionar agua a la muestra,
para mantener una condición de flujo libre de material.
-
Usando el recipiente de medida, sáquense cuatro (4) de esas medidas de la muestra.
Cada vez que obtenga una medida golpéese la parte inferior del recipiente sobre una
superficie dura al menos cuatro (4) veces, para obtener una medida de material
consolidado hasta el borde del recipiente.
-
Determínese la cantidad de material contenido en estas cuatro (4) mediciones, ya sea
por peso o por volumen del cilindro plástico.
-
Retórnese este material a la muestra y realícese el cuarteo haciendo los ajustes
necesarios para obtener el peso o el volumen anteriormente determinado. De este
cuarteo se debe obtener, en los siguientes cuarteos, la cantidad suficiente de muestra
para llenar la medida.
-
Séquese cada espécimen de muestra hasta peso constante a 105 ±5 °C
-
(230 ± 9 °F) y enfríese a temperatura ambiente antes de empezar el ensayo.
5

Prepárese el número deseado de especímenes de la muestra de ensayo, así:
-
Humedézcase el material para evitar segregación o pérdidas de finos, manteniendo
una condición de flujo libre.
-
Sepárense por cuarteo de 1000 a 1500g de muestra. Colóquese en un recipiente
circular y mézclese hacia el centro, por lo menos durante 1 minuto, para lograr
uniformidad. Revísese que la muestra tenga la humedad necesaria, exprimiendo
firmemente una porción pequeña de la muestra en la palma de la mano. Si se forma
una masilla que puede ser manejada con cuidado sin romperse, está en el rango
correcto de humedad.
-
Si la muestra está demasiado seca, se desmoronará y será necesario añadir agua,
volver a mezclarla y probar nuevamente hasta que el material forme una masilla
plástica. Si la muestra presenta agua libre superficial estará demasiado húmeda y
deberá secarse al aire, mezclándola frecuentemente para asegurar uniformidad y
ensayándola nuevamente, hasta obtener una masilla que se pueda manejar.
-
Si el contenido de humedad al recibo de la muestra se encuentra dentro de los límites
descritos anteriormente, la muestra puede ensayarse de inmediato. Si el contenido
de humedad se debe modificar para su empleo, la muestra debe colocarse en un
recipiente y cubrirse con una toalla húmeda, en forma tal que no toque el material,
y dejarla allí por 15 minutos, como mínimo.
-
Después del tiempo mínimo de curado, mézclese nuevamente por 1 minuto sin
agregar agua y fórmese un cono con el material, utilizando un palustre.
-
Tómese el recipiente de medida en una mano y presiónese contra la base del cono
mientras se sostiene a éste con la mano libre.
-
A medida que el recipiente atraviesa el cono manténgase suficiente presión en la
mano para que el material lo llene por completo. Presiónese firmemente con la
palma de la mano compactando el material hasta que éste se consolide, el exceso
debe ser retirado y desechado, enrasando con el palustre a nivel del borde del
recipiente.
-
Para obtener especímenes adicionales, repítanse los pasos anteriores.
2.5. Procedimiento.

Viértase solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro graduado, con la ayuda del
sifón, hasta una altura de 101.6 ± 2.54 mm (4 ± 0.1").
6

Con ayuda del embudo, viértase la muestra de ensayo en el cilindro graduado. Golpéese
varias veces el fondo del cilindro con la palma de la mano para liberar las burbujas de aire
y remojar la muestra completamente. Déjese en reposo durante 10 ± 1 minuto.

Al finalizar los 10 minutos (periodo de humedecimiento), tápese el cilindro con un tapón
y suéltese el material del fondo invirtiendo parcialmente el cilindro y agitándolo a la vez.

Después de soltar el material del fondo, agítese el cilindro con cualquiera de los métodos
siguientes:

Método del agitador mecánico: Colóquese el cilindro tapado en el agitador mecánico y
déjese en funcionamiento por un tiempo de 45 ± 1 seg.

Método del agitador manual: Asegúrese el cilindro tapado con las tres pinzas de resorte,
sobre el soporte del agitador manual, y póngase el contador de vueltas en ceros.

Método Manual: Sosténgase el cilindro en una posición horizontal y agítese
vigorosamente con un movimiento lineal horizontal de extremo a extremo.

Agítese el cilindro 90 ciclos en aproximadamente 30 segundos, usando un movimiento
de 229 ± 25 mm (9 ± 1"). Un ciclo está definido como movimiento completo hacia
adelante y hacia atrás. Para agitar el cilindro a esta velocidad, será necesario que el
operador mueva únicamente los antebrazos mientras mantiene el cuerpo y los hombros
descansados o relajados.

Inmediatamente después de la operación de agitación, colóquese el cilindro
verticalmente sobre la mesa de trabajo y remuévase el tapón.

Procedimiento de irrigación.

Durante el procedimiento de irrigación manténgase el cilindro vertical y la base en
contacto con la superficie de trabajo. Colóquese el tubo irrigador en la parte superior del
cilindro, aflójese la pinza de la manguera y lávese el material de las paredes del cilindro a
medida que baja el irrigador, el cual debe llegar a través del material, hasta el fondo del
cilindro, aplicando suavemente una acción de presión y giro mientras que la solución de
trabajo fluye por la boca del irrigador. Esto impulsa hacia arriba el material fino que esté
en el fondo y lo pone en suspensión sobre las partículas gruesas de arena.

Continúese aplicando una acción de presión y giros mientras se lavan los finos, hasta que
el cilindro esté lleno a la altura de 382 mm (15"); entonces, levántese el tubo irrigador
suavemente sin que deje de fluir la solución, de tal forma que el nivel del líquido se
mantenga cerca a dicha altura, mientras se extrae el tubo irrigador. (Regúlese el flujo
justamente antes de que el tubo irrigador sea completamente sacado, y ajústese el nivel
final a la lectura de 382 mm (15")).
7

Déjese el cilindro y el contenido en reposo por 20 min ± 15s. Comiéncese a medir el
tiempo inmediatamente después de retirar el tubo irrigador.

Al finalizar los 20 min del periodo de sedimentación, léase y anótese el nivel de la parte
superior de la suspensión arcillosa tal como se indica en el numeral 7.9.

Este valor se denomina "lectura de arcilla". Si no se ha formado una línea clara de
demarcación al finalizar el periodo especificado de 20 min, permítase que la muestra
permanezca sin ser perturbada hasta que una lectura de arcilla pueda ser claramente
obtenida; entonces, léase inmediatamente y anótese la altura de la suspensión arcillosa
y tiempo total de sedimentación. Si éste último excede de 30 min, efectúese nuevamente
el ensayo, usando tres especímenes individuales de la misma muestra y anótese la lectura
de la columna arcillosa para la muestra que requiera el menor tiempo de sedimentación.

Determinación de la lectura de la arena.

Después de tomar la lectura de arcilla, introdúzcase dentro del cilindro el conjunto del
disco, la varilla y el sobrepeso, y baje suavemente el conjunto hasta que llegue sobre la
arena. Evítese que el disco indicador de lectura golpee la boca del cilindro, mientras se
baja el conjunto. A medida que el conjunto baje, manténgase uno de los tornillos de
centraje del pie en contacto con la pared del cilindro sobre las graduaciones, de manera
que sirva de índice para la lectura.

Cuando el conjunto toque la arena, léase y anótese el de la ranura del tornillo, la cual se
denominará "lectura de arena". Si la lectura se hace con el disco indicador, la "lectura de
arena" se obtendrá restando 254 mm (10") del nivel indicado por el borde superior del
indicador.

Cuando el nivel de las lecturas, de arcilla o arena, esté entre líneas de graduación, se
anotará la lectura correspondiente a la graduación inmediatamente superior. Por
ejemplo, si, un nivel de arcilla es 7.95 se anotará como 8.0. Un nivel de arena de 3.22, se
anotará como 3.3.

Después de tomar las lecturas, sáquese el conjunto del cilindro, tape éste con su tapón
de goma y sacúdase hacia arriba y hacia abajo en posición invertida hasta que el material
sedimentado se deshaga y vacíese inmediatamente. Enjuáguese la probeta con agua dos
veces.
2.6. Cálculos.

El equivalente de arena se calculará con aproximación de décima (0.1 %), así:
Lectura de arena
8
Equivalente de Arena (EA) = x 100 x Lectura de arena
Lectura de arcilla

Si el equivalente de arena no es un número entero, anótese en el Informe redondeando
la fracción al número inmediato superior.
Por ejemplo, para las lecturas indicadas en el numeral 7.9 se tienen los valores:
Lectura de arcilla = 8.0,
Lectura de arena = 3.3
Entonces:
EA = 3.3 x 100 = 41.2
8.0
Este valor se redondeará a 42.0 y así será anotado en el informe.

Para obtener el promedio de una serie de valores de equivalente de arena, promédiese
el número de valores enteros determinados como se describió anteriormente.
Por ejemplo, supóngase que varias determinaciones del equivalente de arena dieron los
valores 41.2, 43.8 y 40.9. Al redondear al valor entero más alto, se convierten en 42, 44
y 41. Entonces se obtiene el promedio de estos valores redondeados:
42 + 44 + 41 = 42.3
3

El promedio se redondeará al entero superior, de manera que en este caso el valor
definitivo del equivalente de arena para el informe será "43".
2.7. Precisión.

La ejecución de este ensayo requiere que el laboratorista tenga experiencia, de manera
que pueda obtener resultados consistentes y satisfactorios con muestras representativas
de cualquier clase de material, cuando el ensayo se realiza de acuerdo a lo prescrito.

Se considerará un laboratorista con experiencia, cuando los resultados obtenidos por
éste, en tres ensayos independientes, con el mismo espécimen de muestra, no varíe en
más de ± 4 puntos con respecto al promedio de estos ensayos.

Si un operario no es capaz de obtener resultados consistentes, no debe realizar el ensayo
hasta perfeccionar la técnica suficiente para obtener resultados dentro de los límites
especificados.
9

El laboratorista que utiliza el procedimiento del agitador manual debe tener experiencia
para manipular este instrumento, a fin de que los resultados que obtenga coincidan,
aproximadamente, con los obtenidos con el agitador mecánico.
III.
ENSAYO DE DESGASTE POR ABRASIÓN:
3.1. Utilidad del Ensayo.
 El método se emplea para determinar la resistencia al desgaste de agregados
naturales o triturados, empleando la citada máquina con una carga abrasiva.

Para la abrasión de agregados gruesos
3.2. Equipos de laboratorio.

Balanza

Estufa

Tamices

Máquina de los Ángeles: la máquina para el ensayo de desgaste de Los Ángeles tendrá
las características que se indican en la Figura 1. Consiste en un cilindro hueco, de acero,
con una longitud interior de 508 ± 5 mm (20 ± 0.2") y un diámetro, también interior, de
711 ± 5 mm (28 ± 0.2").

Carga Abrasiva: La carga abrasiva consistirá en esferas de acero o de fundición, de un
diámetro entre 46.38 mm (1 13/16") y 47.63 mm (1 7/8") y un peso comprendido entre
390 g y 445 g. Esto dependerá de la granulometría de ensayo, A, B, C o D.
Tabla N°1
3.3. Preparación de la muestra
La muestra consistirá en agregado limpio por lavado y secado en horno a una
temperatura constante comprendida entre 105 y 110 °C (221 a 230°'F), separada por
fracciones de cada tamaño y recombinadas con las granulometrías indicadas. La
granulometría o granulometrías elegidas serán representativas del agregado tal y como
va a ser utilizado en la obra. La muestra antes de ensayada deberá ser pesada con
aproximación de 1 g.
10
Cuando se triture la muestra en el laboratorio, se hará constar esto en el informe,
debido a la influencia que tiene la forma de las partículas en el resultado del ensayo.
Tabla N°2
3.4. Procedimiento
Ejecución del ensayo. La muestra y la carga abrasiva correspondiente, se colocan en la
máquina de Los Ángeles, y se hace girar el cilindro a una velocidad comprendida entre
30 y 33 rpm; el número total de vueltas deberá ser 500. La máquina deberá girar de
manera uniforme para mantener una velocidad periférica prácticamente constante.
Una vez cumplido el número de vueltas prescrito, se descarga el material del cilindro y
se procede con una separación preliminar de la muestra ensayada, en el tamiz # 12. La
fracción fina que pasa, se tamiza a continuación empleando el tamiz de 1.70 mm (No.
12). El material más grueso que el tamiz de 1.70 mm (No. 12) se lava, se seca en el horno,
a una temperatura comprendida entre 105 a 110 °C (221 a 230 °F), hasta peso
constante, y se pesa con precisión de 1 g.
Cuando el agregado esté libre de costras o de polvo, puede eliminarse la exigencia del
lavarlo antes y después del ensayo. La eliminación del lavado posterior, rara vez reducirá
la pérdida medida, en más del 0.2% del peso de la muestra original.
3.5. Resultados
El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original y el peso final de la muestra
ensayada, expresado como tanto por ciento del peso original
El resultado del ensayo (% desgaste) recibe el nombre de coeficiente de desgaste de Los
Ángeles
3.6. Precisión.
Para agregados con tamaño máximo nominal de 19 mm (¾"), con porcentajes de
pérdida entre 10 y 45%, el coeficiente de variación entre resultados de varios
laboratorios, es del 4.5%. Entonces, resultados de dos ensayos bien ejecutados, por dos
laboratorios diferentes, sobre muestras del mismo agregado grueso, no deberán diferir
el uno del otro en más del 12.7% de su promedio.
El coeficiente de variación de operadores individuales, se encontró que es del 2%.
Entonces, los resultados de dos ensayos bien ejecutados sobre el mismo agregado
grueso, no deberán diferir, el uno del otro, en más del 5.7% de su promedio.
3.7. Normas
 ASTM – C131
 AASHTO – T96
11
Cilindro graduado de plástico.
APARATO
S
Tapón macizo de caucho o goma
Tubo irrigador (acero inoxidable, cobre o bronce).
Tubo flexible (de caucho o plástico).
Un botellón de 3.785 1 de capacidad (1 galón).
Dispositivo para tomar lecturas.
MTC
Recipiente metálico.
E114
Embudo
Reloj o cronometro.
Agitador mecánico o de operación manual.
SOLUCIONES
Cloruro de
calcio (Ca
Cl2)
CÁLCULOS
OBSERVACIONES
EQUIVALENTE DE
ARENA, SUELO Y
AGREGADO FINO,
DESGASTE POR
ABRASION
REFERENCIA
NORMATIVA
Obtiene
88ml
Diluido en agua destilada (1 galón).
El equivalente de arena se
calculará con aproximación
al décimo (0.1%).
Si las condiciones de campo no permiten el
intervalo de la temperatura establecido, realizar
muestras de laboratorio y su posible control.
ASTM D2409
AASHTO T176
Balanza
Estufa
APARATOS
Tamices
Máquina de los ángeles
Carga abrasiva
Carga abrasiva
depende de la
granulometría
del ensayo.
RESULTADOS
MTC E207
NTP 400.09
PRECISIÓN
Diferencia del peso
original y final de
la muestra.
Si el porcentaje de perdida
esta entre el 10 y 45%, el
coef. de variación es de 4.5%
ASTM C131
NORMATIVAS
AASHTO T96
12