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 Página 1 de 12 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 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. Página 2 de 12 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 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: Página 3 de 12 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 - 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 Página 4 de 12 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 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 Página 5 de 12 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 ¿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 8 mm ≤ 4 mm Peso mínimo de muestra (kg) 40 Kg 10 Kg 2,6 Kg 0,6 Kg 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). Página 6 de 12 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 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) Retenido acumulado (gr) 2 % Retenido parcial 3 4 % Retenido acumulado % 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 Página 7 de 12 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 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. Árido %d'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 Página 8 de 12 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 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 ∙ * + y: % que pasa d: serie de tamices. D: Tamiz que corresponde al tamaño máximo del árido. - 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. ) = + 100 − ∙ * + 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)*. Página 9 de 12 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 (*) 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 hormigón machacados 10 12 Seca y plástica 11 13 Blanda 12 14 Fluida 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 Página 10 de 12 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 ANEJO 1: Instrumental de laboratorio utilizado en la práctica Estufa Balanza Tamices Tapa y fondo de tamiz Tamizadora Página 11 de 12 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 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. Fuller d Tamiz (mm) 63 31,5 16 8 4 2 1 0,5 0,250 0,125 0,063 Bolomey (a=10) y % Pasa d Tamiz (mm) 63 31,5 16 8 4 2 1 0,5 0,250 0,125 0,063 y % Pasa 1 % que pasa 2 % retenido acumulado 3 serie de tamices Página 12 de 12
