ENSAYO N° 4 DENSIDAD Y ABSORCIÓN EN AGREGADOS GRUESO Y FINOS 1. INTRODUCCIÓN Una de las propiedades físicas de los agregados es la densidad. Al realizar este ensayo podemos decir que de acuerdo a los tipos de agregados encontraremos partículas que tienen poros saturables como no saturables que dependiendo de su permeabilidad pueden estar vacíos parcialmente saturados o totalmente llenos de agua, generando así una serie de estados de humedad y densidad. Conocer la cantidad de agua que puede ser alojada por el agregado siempre resulta de mucha utilidad; se emplea como un valor que se especifica para aprobar o rechazar el agregado en una cierta aplicación. Lo mas significativo en el diseño de mezcla es la densidad aparente de los agregados, porque con él podemos determinar la cantidad de agregado requerido para un volumen unitario de concreto.
2. OBJETIVOS
Determinar en el árido grueso el peso especifico especific o en estado saturado superficialmente seco (SSS) y el procentaje de absorción del agua. Determinar en el árido fino el peso especifico especifico en estado saturado superficialmente seco (SSS) y el procentaje de absorción del agua.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1 DENSIDAD Dentro de las propiedades físicas de los agregados que dependen directamente de las propiedades de la roca original de donde provienen se encuentra la densidad, la cual está definida como la relación entre el peso y el volumen de una masa determinada. Sin embargo, en el caso de los agregados para concreto hay necesidad de definir cuidadosamente el término densidad, puesto que generalmente entre sus partículas hay cavidades o poros que pueden estar vacíos, parcialmente saturados o llenos de agua, dependiendo de su permeabilidad interna.
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Densidad absoluta.- Se define como la relación que existe entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupa única y exclusivamente la masa sólida, ósea que se excluyen los todos los poros, saturables y no saturables.
Densidad nominal.- Se define como la relación que existe entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan las partículas de es e material incluidos los poros no saturables.
Densidad aparente.- Está definida como la relación que existe entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan las partículas de ese material incluidos todos los poros saturables y no saturables. Si la masa de agregado se determina con material seco tendríamos densidad aparente seca, pero si la masa del agregado se determina con material saturado y superficialmente seco (S.S.S), tendríamos dens idad aparente s aturada. De los tres tipos de densidades antes definidas, la densidad aparente es la que se emplea en el cálculo de mezclas, porque se parte que el material primero se satura, es decir, todos los poros permeables de cada partícula quedan llenos de agua y el agua adicional a éste estado (agua libre) es la que reacciona con el cemento.
Densidad relativa (gravedad específica) (SH). Relación entre la densidad (SH) de los áridos y la densidad del agua destilada a una temperatura determinada.
Densidad relativa (gravedad específica) (SSS). Relación entre la densidad (SSS) de los áridos y la densidad del agua destilada una temperatura determinada.
Densidad relativa aparente (gravedad específica aparente). Relación entre la densidad aparente del árido y la densidad del agua destilada a una temperatura determinada.
3.2 Absorción y humedad La absorción en los agregados, es el incremento en la masa del agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partículas, expresado como un porcentaje de la masa seca. El agregado se considera como "seco" cuando se ha mantenido a una temperatura de 110°C ± 5°C por suficiente tiempo para remover toda el agua no combinada. Se denomina humedad al agua que impregna un cuerpo o al vapor presente en la atmósfera. La estructura interna de las partículas de un agregado está conformada por materia sólida y por poros o huecos los cuales pueden contener agua o no. Las condiciones de humedad en que se puede encontrar un agregado serán: 2
Seco: Ningún poro con agua. Húmedo no saturado: Algunos poros permeables con agua. Saturado y superficialmente seco (S.S.S): Todos los poros permeables llenos de agua y el material seco en la superficie.
Húmedo sobresaturado: Todos los poros permeables contienen agua y además el material tiene agua en la superficie (agua libre). Dependiendo de las condiciones de humedad que tenga el agregado, puede quitar o aportar agua a la mezcla. De otra parte, el agregado fino aumenta de volumen cuando está húmedo, la humedad superficial mantiene separadas las partículas produciendo el aumento de volumen conocido como " hinchamiento o expans ión del ag reg ado
fino" . La expansión varía con la humedad y con la granulometría, las arenas finas se expanden más que las gruesas para una humedad dada; la expansión es baja para humedades bajas cercanas a 0% o humedades altas mayores al 15% y el hinchamiento es alto algunas veces hasta un 40% para humedades intermedias entre 4% y 8%.
4. EQUIPOS Y MATERIAL EMPLEADO 4.1 Para agregado grueso Balanza: Equipo para determinar masa, que sea sensible y legible, con una aproximación de 0,05% de la masa de la muestra en cualquier punto dentro del rango de uso para este ensayo, o 0,5 g, la que sea mayor. La balanza debe estar equipada con un dispositivo apropiado para suspender el recipiente para la muestra en agua, desde el centro de la plataforma o recipiente de la balanza.
Canasta de alambre: Con una abertura de 3,35 mm (No. 6) o de malla más fina o un cubo de ancho y altura aproximadamente iguales, con una capacidad de 4 litros a 7 litros, para un árido con tamaño máximo nominal de 37,5 mm o menor, o una canasta más grande, según sea necesario, para el ensayo de áridos de mayor tamaño máximo.
Tanque de agua: Hermético, dentro del cual se coloca la canasta de alambre mientras se suspende bajo la balanza.
Tamices: Tamiz de 4,75 mm (No. 4) o de otros tamaños según sean necesarios Horno. De tamaño suficiente, capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ºC ± 5 ºC. 3
4.2 Para agregado fino Horno: Capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 °C ± 5 °C. Balanza: Que tenga una capacidad de 1 kg o más, con una sensibilidad de 0,1 g o menos y una precisión de 0,1% de la carga de ensayo en cualquier punto dentro del rango de uso para este método de ensayo. La diferencia entre lecturas debe tener una precisión dentro de 0,1 g, en cualquier rango de 100 g de carga.
Picnómetro Frasco volumétrico de vidrio con capacidad de 500 cm³ a temperatura normal.
Molde y compactador para ensayo de humedad superficial. El molde metálico debe tener la forma de un cono truncado, con las siguientes dimensiones: 40 mm ± 3 mm de diámetro interno superior, 90 mm ± 3 mm de diámetro interno en la base y 75 mm ± 3 mm de altura; el metal debe tener un espesor mínimo de 0,8 mm. El compactador metálico debe tener una masa de 340 g ± 15 g y una cara compactadora circular y plana, de 25 mm ± 3 mm de diámetro.
4.3 Material empleado
1200g de agregado fino 3000g de agregado grueso (Ver anexo: Tabla 7)
5. PROCEDIMIENTO Preparación de las muestras de ensayo Nota: Se deben tomar las muestras del árido, de acuerdo a la NTE INEN 695. Mezclar íntegramente la muestra y reducirla hasta obtener una muestra de ensayo, utilizando el procedimiento indicado en la NTE INEN 2 566 Colocar las muestras en bandejas, una para árido fino y otra para árido grueso, luego dejarlas secar en el horno a una temperatura de 110 ºC ± 5 ºC, hasta conseguir una masa constante, dejarlas que se enfríe hasta una temperatura que sea confortable para su manipulación (aproximadamente 50 ºC), luego cubrirlas con agua, ya sea por inmersión o por adición de agua, hasta alcanzar al menos 6% de humedad en el árido fino y dejar que repose por 24 h ± 4 h.
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5.1 Procedimiento para agregado grueso a. Retirar la muestra de ensayo del agua, colocarla sobre un paño absorbente y con el mismo frotarla hasta que sea eliminada toda lámina visible de agua. Secar las partículas grandes individualmente. b. Pesamos en la balanza la masa de la muestra de ensayo en condición saturada con una aproximación de 0,5 g o 0,05%. c. Después, inmediatamente colocar la muestra de ensayo saturada superficialmente seca (SSS) en la canasta de alambre y pesar su masa aparente en agua a 23 ºC ± 2 ºC. Remover todo el aire atrapado antes de determinar la masa mediante la agitación del recipiente mientras se lo sumerge en el tanque de agua. d. Secar la muestra en el horno a conseguir una masa constante. ambiente, entre 1 hora a 3 horas temperatura que sea confortable pesar en la balanza su masa.
una temperatura de 110 ºC ± 5 ºC, hasta Enfriar la muestra al aire, a temperatura o hasta que el árido se haya enfriado a una para el manejo (aproximadamente 50 ºC) y
5.2 Procedimiento para agregado fino a. Decantar el exceso de agua, evitando la pérdida de finos, extender la muestra sobre una superficie plana, no absorbente, expuesta a una corriente suave de aire caliente y moverla frecuentemente para asegurar un secado homogéneo. b. Determinamos la humedad superficial del agregado, sobre una superficie lisa no absorbente, con el diámetro mayor hacia abajo, colocamos en el molde (cono truncado) en forma suelta, una porción del árido fino parcialmente seco, hasta llenarlo y compactamos el árido fino con 25 golpes ligeros del compactador. c. Remover el árido fino que ha caído alrededor de la base y levantar el molde verticalmente. Si la humedad superficial todavía está presente, el árido fino mantendrá la forma del molde. Cuando el árido fino se desmorona ligeramente, ello indica que se ha alcanzado la condición de superficie seca. d. Llenar parcialmente el picnómetro con agua (23°C), introducir en el picnómetro 500 g ± 10 g de árido fino saturado superficialmente seco y llenar con agua adicional hasta aproximadamente el 90% de su capacidad. e. Luego rodar, invertir y agitar el picnómetro para eliminar las burbujas visibles de aire. 5
f.
Después de eliminar todas las burbujas de aire, ajustar la temperatura del picnómetro y su contenido a 23,0 °C ± 2,0 °C, llevar el nivel de agua en el picnómetro hasta la marca de calibración.
g. Pesar en la balanza la masa total del picnómetro, muestra y agua. h. Retirar el árido fino del picnómetro, secarlo en el horno a una temperatura de 110 °C ± 5 °C, hasta conseguir una masa constante y enfriarlo a temperatura ambiente por 1 h ± ½ h y determinar su masa. i.
Pesar la masa del picnómetro lleno hasta la marca de calibración, con agua a 23,0 °C ± 2,0 °C.
Importante: Para la determinación de la absorción, utilizar una porción separada de 500 g ± 10 g de árido fino en condición saturada superficialmente seca, secarlo hasta conseguir una masa constante en el horno a 110 °C ± 5 °C y pesar en la balanza su masa seca.
6 TABULACIÓN DE RESULTADOS 6.1 Datos del ensayo en agregado grueso
A B C
Masa en aire de la muestra seca al horno, g, Masa en aire de la muestra saturada superficialmente seca (SSS), g, Masa aparente en agua de la muestra saturada, g. Tabla 1: Datos para determinar densidad y absorción en agregado grueso Fuente: El autor
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3037.8 g. 3055.6 g. 1771.5 g.
6.1.1 Cálculos de la Densidad Relativa (Peso específico)
Densidad relativa (gravedad específica) (SH)
Densidad relativa (gravedad específica) (SSS)
Densidad relativa aparente (gravedad específica aparente) dra(SSS)
()
()
Porcentaje de absorción
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6.1.2 Calculo porcentaje de vacíos agregado grueso (Calculada con los datos del ensayo de masa unitaria)
[( ) ] ( )
Donde: M = masa unitaria (peso volumétrico) del árido, kg/m³ S = gravedad específica (en condición seca) Da = densidad del agua, 998 kg/m³.
M (MUC) M (MUS) S Da
Masa Unitaria Compacta (método varillado) Masa Unitaria Suelta (método paladas) Gravedad específica (en condición seca) Densidad del agua
1575.65 kg/m³ 1485.82 kg/m³ 2.38 998 kg/m³
Tabla 2: Datos para determinar el porcentaje de vacíos en agregado grueso Fuente: El autor
Reemplazando los datos:
[( ) ] ( )
[( ) ] ( )
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6.2 Datos del ensayo en agregado fino A B C S
Peso del picnómetro Peso de la bandeja Masa de la muestra seca al horno Masa picnómetro + agua hasta la marca de calibración Masa picnómetro + agua + muestra Masa en SSS utilizada Tabla 3: Datos para determinar densidad y absorción en agregado fino Fuente: El autor
6.2.1 Cálculos de la Densidad Relativa (Peso específico)
Densidad relativa (gravedad específica) (SH)
Densidad relativa (gravedad específica) (SSS)
Densidad relativa aparente (gravedad específica aparente)
Porcentaje de absorción
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178.1g 805.4 g 495.7g 515.5 g 984.6 g 497.3 g
6.2.2 Calculo porcentaje de vacíos agregado fino (Calculada con los datos del ensayo de masa unitaria)
M (MUC) M (MUS) S Da
[( ) ] ( )
Masa Unitaria Compacta (método varillado) Masa Unitaria Suelta (método paladas) Gravedad específica (en condición seca) Densidad del agua
1938.67 kg/m³ 1890.48 kg/m³ 17.63 998 kg/m³
Tabla 4: Datos para determinar el porcentaje de vacíos en agregado fino Fuente: El autor
Reemplazando los datos:
[( ) ] ( )
[( ) ] ( )
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6.3 Cuadros de Resultados
Árido grueso SH SSS Dra (SSS) % % %
Densidad relativa (gravedad específica) Densidad relativa (gravedad específica) Densidad relativa aparente (gravedad específica aparente) Porcentaje de absorción del agua Porcentaje de vacíos de la Masa Unitaria Compacta (MUC) Porcentaje de vacíos de la Masa Unitaria Suelta (MUS)
Tabla 5: Resultados del ensayo densidad y absorción árido grueso Fuente: El autor
Árido fino SH SSS DRA % % %
Densidad relativa (gravedad específica) Densidad relativa (gravedad específica) (SSS) Densidad relativa aparente (gravedad específica aparente) Porcentaje de absorción del agua Porcentaje de vacíos de la Masa Unitaria Compacta (MUC) Porcentaje de vacíos de la Masa Unitaria Suelta (MUS)
% % %
Tabla 6: Resultados del ensayo densidad y absorción árido fino Fuente: El autor
Nota: En los valores de la densidad de los áridos se obtiene resultados sin unidades sabiendo que la densidad es unidad de masa sobre unidad de volumen, entonces para que la densidad quede en sus unidades habituales se multiplico este valor por 1 gr/cm³.
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7 ESQUEMA
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CUESTIONARIO
¿Cuál es la importancia de la densidad aparente? La importancia de su determinación radica en la utilización para el cálculo de mezclas y determinar qué tan densamente es compactado el agregado, esta densidad aparente, depende de la distribución del tamaño y de la forman que presentan sus partículas.
¿Cómo se debe secar la muestra de árido fino para el estado SSS? Se debe extender la muestra sobre una superficie plana, no absorbente, expuesta a una corriente suave de aire caliente y moverla frecuentemente para asegurar un secado homogéneo o también se puede utilizar toallas de papel con textura áspera para secar la superficie del material hasta el punto donde se alcanza la condición SSS, que es cuando la toalla de papel no parece estar recogiendo humedad de las superficies de las partículas del árido fino.
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CONCLUSIONES
En el árido grueso ensayado, la densidad relativa (peso especifico) en estado saturado superficialmente seco (SSS) fue de 2.38 g/cm³ y el procentaje de absorción del agua fue del 0.58 % Se determino en el árido fino ensayado la densidad relativa (peso especifico) en estado saturado superficialmente seco (SSS) de 17.63 g/cm³ y el procentaje de absorción del agua fue del 0.32 %. Establecer para un agregado de peso específico dado, una densidad aparente mayor como es en el caso del agregado grueso, significa que hay pocos huecos para que el agregado fino y el cemento los llenen. Estos poros permiten caracterizar ciertas propiedades como son la permeabilidad, absorción y por supuesto, su porosidad. Determinar el porcentaje de absorción en los agregados es de suma importancia en la práctica porque a través de su cuantificación arroja una noción de que cantidad de agua es capaz de alojar el agregado en su interior. El Porcentaje de vacíos de la Masa Unitaria Compacta (MUC) en el agregado grueso fue de 115.86 % y en Masa Unitaria Suelta (MUS) fue de 106.86%.
El Porcentaje de vacíos de la Masa Unitaria Compacta (MUC) en el agregado fino fue de 188.58 % y en Masa Unitaria Suelta (MUS) fue de 183.75%. 14
10 RECOMENDACIÓN
Las normas y especificaciones vigentes, son guías principales que se deben seguir al realizar un ensayo, ya que al cumplir con estos procedimientos normados estamos asegurando una alta confiabilidad de los resultados y conclusiones de los ensayos.
11 BIBLIOGRAFÍA
Norma Técnica Ecuatoriana INEN 856:2010, Inicio. Fecha de Consulta: 12 de abril de 2014. Disponible en: http://www.normalizacion.gob.ec/ Norma Técnica Ecuatoriana INEN 857:2010, Inicio. Fecha de Consulta: 12 de abril de 2014. Disponible en: http://www.normalizacion.gob.ec/ American Society for Testing and Materials, Norma ASTM C 29 – 09, Inicio. Fecha de Consulta: 12 de abril de 2014. Disponible en: http://www.astm.org/FAQ/index-spanish.html.
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12 ANEXOS
FIGURA 1. Equipos y material empleado Fuente: El Autor
TABLA 7. Masa mínima de la muestra de ensayo, árido grueso Fuente: NTE INEN 857:2010 16
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