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PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO
OBJETIVO
El objetivo de este ensayo es la determinación de los pesos específicos brutos y
la absorción de agua del árido fino, en base a la muestra saturada con superficie
seca (Gbs) y en base a la muestra seca (Gb), así como el peso específico
aparente (G).
Esta ensayo es de gran importancia, ya que el peso específico bruto en su
condición de saturado con superficie seca (Gbs) es el valor que generalmente se
usa en la dosificación de hormigones.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Peso Específico.- El peso específico, o gravedad específica de un suelo, es la
relación entre el peso al aire de sus partículas minerales y el peso al aire del agua
destilada, considerando un mismo volumen y una misma temperatura. Así, si su
peso específico es 2.7 significa que 1.0 cm3. de sus partículas minerales pesa 2.7
veces más que 1.0 cm3. de agua destilada, a igual temperatura.
En el caso de los agregados, la determinación que se emplea para evaluar el
atributo de su densidad, corresponde ala denominada en masa, que es el
cociente resultante de dividir el paso de aire de un cierto volumen de agregado en
condición saturada y superficialmente seca, entre el peso y el aire del volumen
igual que agua destilada libre de aire, a la misma temperatura.
En términos locales, el concepto corresponde al de un peso especifico relativo, o
simplemente peso especifico, en condición saturada y superficialmente seca, a la
cual no tiene unidades puesto que el cociente de dos magnitudes con unidades
iguales. El peso especifica de una roca índice de su porosidad, pero
necesariamente de su calidad entra en seca, peso hay rocas con peso especifico
relativamente bajo que son aceptables, como agregados como concreto, siempre
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y cuando este sanas, y por el contrario hay rocas cuyo peso especifico se
considere normal y no obstante, son inaceptables para esta aplicación, para hallar
se alteradas, de ahí une normalmente no se especifican limites de especificación
para el peso especifico de los agregados, y que el resultado de su determinación
se utilicé mas bien como un dato u orientación general que debe complementarse
con los resultados de otras pruebas en los propios agregados, y en el propio
concreto elaborado con estos.
El peso unitario de los concretos fluctúa entre los 2200y 2550 Kg./m3 partiendo de
ellos partiendo de ellos puede estimare que para obtener concretos con pesos
unitarios de ese orden puede emplearse agregados con peso especifico
comprendido entre 2.4 y 2.8, aproximadamente que es el intervalo usual en que
se hallan las rocas que constituyen los agregados también llamados de peso
normal la consideración opuesta también es valida, es decir si se utilizan
agregados constituidos por rocas cuyo peso especifico es normal debe obtenerse
concretos con peso unitario en el universo aproximado a 2200 a2550 Kg./m3.
De acuerdo con lo anterior cuando el agregado manifiesta un peso especifico que
es menor 2.4 aproximadamente, esto suele ser motivo suficiente para dudar de su
aptitud de producir concreto peso normal, y por consiguiente para poner en duda
de su actitud de producir concreto normal de peso normal, y pro consiguiente para
poner en duda su calidad e indagar la causa. Si el peso especifico de la roca es
bajo y en una condición natural de acuerdo con su origen, y si el correspondiente
peso unitario reducido en el concreto no es una limitación objetable, existe la
factibilidad de emplear el agregado si demuestra que es capas de producir
concreto con las propiedades requeridas si por otra parte, el bajo peso especifico
de los agregados es atribuible a un evidente estado alteración de la roca, en
principió le permite es considerarlos inaceptables, a menos que sea porción única
se justifica hacer una investigación más de sus posibilidades de uso.
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Es relativamente frecuente que en el seno de un conjunto de agregados gruesos
existe partículas sanas y partículas alteradas, de modo que de aceptabilidad de
conjunto depende de la proporción en que éstas ultimas se encuentran, existe la
posibilidad de beneficiar el agregado en estas condiciones sometiéndolo a una
trituración selectiva con el uso de ciertos equipos que actúan por impacto, los
cuales trituran preferentemente las partículas alteradas por ser más suaves, y las
reducen a fracmentos menores que se eliminan por cribado resultados de otras
pruebas en las que se destaca la de sanidad que más adelante se trata.
La determinación del peso específico de un suelo se hace generalmente, por
medio de un frasco calibrado o de un picnómetro, como se indica en la figura.
Frasco Calibrado Picnómetro
El peso específico de un suelo, a una temperatura Tx, se calcula mediante la
siguiente relación:
Peso Específico (a Tx ºC) = Ws / Vs = Ws / (Ws+Wa-Wb)
Donde:
Vs = Volumen de la muestra seca al horno.
Ws = Peso de la muestra secada.
Wa = Peso del picnómetro lleno de agua y suelo a
temperatura de ensayo.
Wb = Peso del picnómetro lleno de agua y suelo a
Tx ºC.
Tx = Temperatura del suelo y agua destilada en el
frasco calibrado, cuando hace la determinación del peso Wb.
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Los pesos específicos de los suelos se indican generalmente referidos a la
temperatura de 20 ºC del agua destilada. Por lo tanto, el peso específico
determinado anteriormente, deberá multiplicarse por el coeficiente de conversión
K.
PESO ESPECÍFICO SECO Y SATURADO
El primero es un valor particular de m para el caso en el que el grado de
saturación del suelo sea nulo:
d = Wa / Wm
El peso saturado es el valor de un m cuando Gw = 100 %
sat.= (Ws + Ww) / Vm.
PESO ESPECÍFICO RELATIVO
El peso específico relativo de la mayoría de las partículas minerales
constituyentes de un suelo (Ss) varía entre límites estrechos (2.6 a 2.9). Como
ejemplo, el peso específico relativo del cuarzo es 2.67 y el del feldespato es 2.6.
En suelos con abundante hierro Ss puede llegar a 3. En la turba se han llegado a
medir valores de 1.5 debido a la presencia de materia orgánica. Los minerales de
arcilla que constituyen la fracción coloidal de un suelo, pueden tener un peso
específico promedio comprendido entre 2.80 y 2.90. Sin embargo, en algunas
arcillas volcánicas, tal como sucede en el Valle de México, Suelen encontrarse
valores más bajos (entre 2.2 y 2.6). Así pues, es normal que en un suelo real los
minerales de las fracciones muy fina y coloidal tengan un peso específico relativo
mayor que los minerales de los casos prácticos, basta determinar el valor
promedio del peso específico de la materia sólida.
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El peso específico relativo de los sólidos de un suelo se determina en el
laboratorio haciendo uso de un matraz con marca de enrase.
El matraz se llena hasta su marca, primero con agua y después con agua y la
muestra de suelo. El aire atrapado entre las partículas de suelo se desaloja por
ebullición o exponiendo la suspensión al vacío, si la temperatura del agua es la
misma que la suspensión al vacío.
Si la temperatura del agua es la misma que la de la suspensión puede obtenerse
una fórmula para Ss,.
Esquema para ilustrar la obtención de Ss
Sea:
Wfw = Peso del matraz lleno de agua.
Wfsw = Peso del matraz con suelo y agua.
Entonces se tiene:
Wfsw - Wfw = Ws (que es el peso del agua desplazada por
los sólidos).
El peso del agua desplazada por los sólidos vale:
Ww - Wso = Ws / Ss.
Entonces:
Ss = Ws / (Wfw + Ws - Wfsw)
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Que es una fórmula en la que todas las magnitudes son mensurables en
laboratorio. El peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la
temperatura de prueba, ello es debido al cambio de volumen del matraz por la
dilatación del vidrio, a la variación del peso del matraz por dilatación y a la
variación del peso específico del agua.
No es práctico ejecutar la prueba a una misma temperatura, por lo que es
conveniente medir el peso del matraz lleno de agua (Wfw) para varias
temperaturas y trazar una gráfica de variación de esos pesos. De esta curva de
calibración puede obtenerse WfW en cada caso específico.
PESO ESPECIFICO A GRANEL
Por definición, el peso específico a granel, es la relación de la
masa del agregado que ocupa un volumen patrón que es
secado en el horno a una temperatura determinada y un
constante entre la magnitud de éste, incluido el volumen de
vacíos propio del agregado, entre la masa del agregado
saturado dentro del agua.
A todo esto su relación es:
Peso específico a granel =
A = peso en el aire de la muestra secada en el horno
B = Volumen del frasco en ml.
W = Peso en gramos en vulomen en ml. Del agua agregado al
frasco.
Peso especifico en condición saturado y superficie:
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Es la relación de masas de los agregados por lo tanto su
relación es de peso de la muestra secada en el horno sobre la
diferencia de este mismo, peso menos el peso de la muestra
saturada dentro de el agua.
P. E saturado en la superficie seca =
Peso especifico aparente.
Peso especifico aparente es la relación de masas, se dijo
tambíen para los anteriores pesos específicos, esta relación
esta dada por la masa del agregado en el peso de la muestra
secada en el horno, sobre la diferencia de este mismo menos
el peso de la muestra saturada dentro de el agua.
Peso especifico
PORCENTAJE DE ABSORCIÓN.
Porcentaje de absorción, esta relación teórica será por la
diferencia de dos pesos, el peso de la muestra saturada, pero
con superficie seca menos el peso de la muestra secada en el
horno todo eso sobre el peso de la muestra secada en el
horno.
Su relación práctica es:
%de Absorción =
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POROSIDAD Y ABSORCION.
La porosidad de un cuerpo sólidos e la relación de su volumen
de vacíos entre su volumen total, incluyendo los vacíos,
expresa como porcentaje en volumen. Todas las rocas que
constituyen los agregados de peso normal son porosas en
mayor o menor grado, pero algunas poseen un sistema de
poros que incluye números vacíos relativamente grandes
(visibles al microscopio), que en su mayoría se hallan
interconectados, que les hace permeables, de este modo
algunas rocas, a aunque poseen un bao porcentajes de
porosidad, manifiestan un coeficiente de porosidad
comparativamente alto, es decir mas que al contenido de
vacíos influye en este aspecto su forma, tamaño y distribución.
Por ejemplo, una roca de estructura granular con 1 por ciento
de porosidad, que una pasta de cemento hidratada con 50 por
ciento de porosidad pero con un sistema de poros
submicroscópicos.
Una excesiva porosidad en la roca puede ser un síntoma de
reducida calidad intrínseca, y una roca con esta
caracteristicas, al ser empleada como agregado, puede tener
efectos indeseables en el concreto por su limita resistencia
mecánica en todo en todos, su alta deformabilidad y su
elevada capacidad de absorber agua.
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La medición de al porosidad de las rocas suelen requerir de
procedimiento relativamente complicados por cuyo motivo no
es una característica que se acostumbre a determinar en los
agregados sin embargo es posible detener una idea
aproximada de la porosidad de los agregados mediante la
determinación de su capacidad para absorber agua en
condiciones establecidas. La absorción se define como el
incremento en la masa de un cuerpo sólido y poroso, como
resultado de la penetración de un liquido dentro de sus poros
permeables en el caso de sus agregados, la absorción se
determina después de un periodo de emerción de 24 horas en
agua, conforme a los métodos de prueba.
Cuando el agregado en condición seca se sumerge en agua,
esta comienza a penetrar rápidamente en los poros
permeables de la roca desplazando el aire que así tiende a ser
expulsado. Sin embargo, el agua no alcanza a llenar
completamente los poros.
Debido a una cierta cantidad de aire que permanece atrapado
y que solamente se comprime conforme avanza la penetración
de agua a ritmo lento. Esto da por resultado que el agregado
no se sature totalmente y continúe ganando peso en el curso
del tiempo lo cual también justifica por que la absorción no
puede dar una medida justa de la porosidad.
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Como en el caso de peso especifico, las especificaciones de
agregados para concreto no acostumbra fijar limites de
aceptación para la absorción, debido a que esta no solo
depende de la porosidad de la roca sino también de otros
aspectos tales como la distribución granulometrica, el
contenido de finos, y el tamaño máximo, la forma y la textura
superficial de las partículas.
No obstante, solamente a titulo informativo puede decirse que
cuando las rocas constitutivas son de buena calidad, y los
agregadas y cumplen los requisitos en todos los aspectos
especificados, la absorción no suele exceder de tres por ciento
de agregado grueso ni de cinco por ciento en el agregado fino.
Una absorción demasiado alta en los agregados, no es una
característica penalizada por sí mismo, pero puede ser indicio
de un desempeño inadecuado de estos en el concreto como
ejemplo cabe mencionar la párente relación que se manifiesta
entre la absorción del agregado grueso y la contratación por
secado del concreto, en un caso que se muestra.
El exceso de observación en los agregados puede darse como
una condición natural de las rocas que lo constituye, o puede
ser provoca por la presencia de partículas de inferior calidad
de materia constante, en el primer caso, lo indicado es
aspectos en que existan requisitos específicos, y realizados
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pruebas para realizar pruebas para verificar su
comportamiento en el concreto. En el segundo, lo conveniente
es reducir la contaminación a niveles aceptables, mediante
alguno de los procedimientos que han mencionado con
anteriormente.
EQUIPO NECESARIO
Para efectuar este ensayo se utilizó el siguiente equipo:
Una Balanza con capacidad de 1 Kg. o más sensible a 0.1 grs.
Una Balanza de 0.01 gramos de precisión.
Dos matraces de 500cc y no de 250 cc.(graduados).
Un Molde Metálico de forma tronco-cónico de 73mm. de altura.Con diámetros
de las bases de 38mm. y 89mm.
Una Varilla Metálica de compactación de forma cilíndrica de 340 grs. de peso y
25mm. de diámetro.
Un Termómetro.
Una Pipeta y un Gotero.
Recipientes, Toallas y Hielo.
Horno y Cocina y un Secador Eléctrico.
PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
Para la realización de este ensayo se siguieron los siguientes pasos:
1º) Un día anterior a la práctica se tomo aproximadamente 1000 grs. de agregado
fino (arena) que se encontraba totalmente seca, se la colocó en una fuente y se la
cubrió con agua (estado de saturación) y se la dejó hasta el día de la práctica.
2º) El día de la práctica procedimos a escurrir el agua de la muestra y la
exdendimos sobre una superficie limpia y absorbente, para lo que se utilizó papel
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de bolsas de cemento; se secó cuidadosamente con una brisa caliente,
removiendo constantemente para asegurar un secado uniforme. Esta operación
se hizo hasta que la arena alcanzó un estado de saturación con superficie seca, lo
que se determinó colocando el agregado fino en el molde tronco-cónico,
compactando la superficie suavemente y apisonando con 25 golpes con la varilla
metálica, luego, se levanta el molde verticalmente; cuando ya el cono del árido
fino no conservó su forma, se consideró la condición de saturado con superficie
seca.
3º) Una vez que obtuvimos la muestra con superficie seca se pesó una cantidad
determinada de suelo (b) aproximadamente 200 grs. para los matraces de 500cc.
y 150 para el de 250cc.
4º) El peso del matraz + agua (a) a la temperatura de ensayo, se lo obtendrá de la
curva de calibración del matraz, cuyo procedimiento se lo anotará más adelante.
5ª) Sumando los valores anteriores se obtuvo el valor real del peso acumulado (d
= a + b). Debido a que el material en el matraz con agua desplaza una cantidad
de ella.
6º) Con ayuda de embudos se introdujo la muestra correspondiente a cada
matraz; para eliminar las burbujas de aire que quedan atrapadas se procedió a
inclinar el matraz aprox. unos 30º apoyando sobre una superficie plana y se hace
rodar suavemente el tiempo que sea necesario.Se enraza al menisco, se mide la
temperatura de ensayo y se pesa el matraz + muestra + agua, que nos da un
peso (c), cuyo valor es menor que el de (d).
7º) El volumen de las partículas incluyendo sus poros, se obtiene al restar del
valor real de pesos acumulados (d) el valor del peso del matraz + agua + muestra
(c), que significa el volumen desplazado por la muestra introducida en el matraz.
Vsp = d - c
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8º) Luego de pesar los matraces usados en los tres ensayos, se sacó la muestra
cuidadosamente y se la puso a secar al horno. Al día siguiente se sacó la
muestra, se la hizo enfriar y se la pesó obteniendo el peso seco (Ps).
PROCEDIMIENTO PARA CALIBRAR EL MATRAZ
La calibración se realizó después de terminado el ensayo del peso específico,
para lo cual se verificó que los matraces estuvieran lo suficientemente limpios
para garantizar una confiable curva de calibración.
Se llenó a cada matraz con agua y se los colocó en un principio en recipientes
que contenían hielo; con ayuda del termómetro se iva midiendo la temperatura
justo al centro del recipiente, se hizo enfriar el agua justamente hasta la
temperatura deseada (5 ºC), enseguida se enrazaba hasta el menisco y se
procedía al pesado.
Luego de lograr esta temperatura límite inferior, se comenzó a calentar el agua en
una hornilla hasta lograr las temperaturas que se tabulan en los cálculos, las que
se consideraron necesarias para obtener resultados representativos que defina el
grado de dilatación del vidrio y su comportamiento a diferentes temperaturas.
Realizada la calibración del matraz, ya se pudo contar con todos los datos
necesarios para realizar los cálculos, utilizando las diferentes fórnmulas que se
describen a continuación.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
DATOS OBTENIDOS
Fuente + Arena…………………………………………... 1700
Peso de Fuente………………………………………….. 326
Peso Matras……………………………………………… 164,8 ml
Peso de Matras + 500ml de H2 O……………………… 664.5,2 ml
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Peso Arena + Fuente…………………………………… 826 ml
Muestra Secada en el Horno………………………….. 580,6 gm
Peso de Fuente Secada en el Horno………………… 100,3
Matras +H2O + Arena Fina…………………………… 970 gm
CALCULOS Y RESULTADOS
Peso específico a granel =
A = peso en el aire de la muestra secada en el horno
B = Volumen del frasco en ml.
W = Peso en gramos en volumen en ml. Del agua agregado al
frasco.
480.3
Peso específico a granel =
---------------------------
500 - 664.5
2.- Peso especifico aparente = A
___________________ (V – W) - (500 - A)
480.3
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Peso especifico a granel = 2.44gr/ml
----------------------------------
(500 - 664.5) -( 500 -480.3)
Peso especifico aparente = 281
3.-Peso especifico a “granel”
(Superficie Seca y Saturado) = _______500_______
V - W
500
_________________
500 - 664.5
Superficie Seca y Saturado = 2.57
4.-Por ciento de absorción = 500 - A
______________ * 100
A
500 - 480.3
________________ *100
480.3
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Por ciento de absorción = 5.42
CONCLUSIONES
El presente ensayo realizado en laboratorio, es de fundamental importancia ya
que al aprender a calcular experimentalmente el peso específico de los suelos
en anteriores cursos, ahora lo hicimos para el árido fino (Arena); estos pesos
específicos relativos que calculamos y, en especial, el Gbs es de fundamental
importancia para la dosificación de hormigones.
En esta práctica hicimos también la calibración del matraz, de cuya curva de
calibración podemos precisar con mayor confiabilidad el comportamiento del
picnómetro a la temperatura de ensayo, porque su peso varía debido a la
dilatación del vidrio por incremento de la temperatura.
Al conocer el peso especifico del agregado de un hormigón podemos saber
con anticipación el peso especifico del hormigón debido a que éste se halla
liquidado al del agregado, por lo tanto mientras mayor sea el peso especifico
del agregado y mayor su tamaño, entonces mayor será el peso especifico del
hormigón.
Para evitar errores en la lectura de los pesos se recomienda realizar todas las
pesadas en una sola balanza.
Es siempre recomendable realizar varios ensayos para poder determinar con
mayor precisión exactitud, los resultados, y establecer de estos un valor medio
y su desviación con respecto a la misma, que como se ve en nuestro caso es
prácticamente aceptable.
Conociendo el porcentaje de absorción que tiene unos agregados podemos
saber para poder ser utilizados para un hormigón, además de conocerla
cantidad de sus poros, y así saber acerca de su recipiente.
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RECOMENDACIONES
Como recomendación podemos decir que en laboratorio se debe tener
cuidado al manipular los equipos debido a su elevado costo; además al
realizar las diferentes mediciones tanto de peso como de temperatura se debe
ver, en el primer caso que:la balanza se encuentre bien calibrada y, para el
segundo caso, que la temperatura sea medida luego de uniformar la muestra y
evitando que algún agente externo pueda influir en ésta.
Para terminar, haciendo una evaluación de los resultados obtenidos, diremos
que éstos entran en los rangos establecidos pudiendo ser una arena de buena
calidad y aceptable en obra.
BIBLIOGRAFÍA
Manual de ensayo de laboratorio para concreto
Tecnología del Hormigón
