Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería en Minas Laboratorio Mecánica de Rocas I
Experiencia N°2 – “Determinación de Densidad”
Profesora: Catalina Castro Ayudante: anna Arias !nte"rantes Carlos #ur"os Claudio Contreras
$E%&'EN E(EC&)!*+, En t-rminos "enerales. la presente experiencia tiene como finalidad determinar densidad de un testi"o por m-todos "eom-trico. cera de parafina y suspendido. para ello se utili/ar0n las 1ases sentadas en la correspondiente norma A%)' D345653. 7ue norma la reali/ación de los ensayos respecti8os 7ue permiten o1tener la densidad, El procedimiento efectuado. consiste a "randes ras"os en 7ue. a partir de un testi"o pre8iamente rectificado. se masa para lue"o in"resarlo a un 9orno de secado por 2 9oras a una temperatura de 105 ± 5 °C . tras transcurrir ese tiempo se 8uel8e a masar y o1tener medidas de lar"o y di0metro del testi"o, Con posterioridad. se sumer"e el testi"o en cera de parafina a una temperatura de entre ;° – <;°C. 9asta tener una capa uniforme. se masa el testi"o recu1ierto con la parafina tanto en la 1alan/a. como sumer"ido en a"ua =conectado a 1alan/a>, Como si"uiente paso. se saca la capa de cera y se sumer"e por 2 9oras el testi"o en a"ua. cuando finalice el tiempo. se 8ol8er0 a masar si"uiendo el procedimiento anterior =testi"o con cera de parafina>, A partir de los datos recopilados de la reali/ación del procedimiento descrito por la norma. se utili/an las fórmulas matem0ticas 7ue se indican. para o1tener los resultados 7ue se 1uscan. de lo cual se o1tiene lo si"uiente: • • •
?"eom-trica: 2.2 ="@cm 4> ?cera parafina: 5.5 ="@cm 4> ?sumer"ida:2.32 ="@cm4>
Del mismo modo. fue posi1le determinar adem0s otros resultados: • • •
Porosidad: ;.2B umedad:;.23B A1sorción: ;.55B
inalmente se puede concluir 7ue fue posi1le cumplir con la determinación de la densidad del testi"o mediante los m-todos mencionados. si"uiendo lo determinado por la norma A%)', Como recomendación. se puede indicar 7ue es necesario se"uir todos los procedimientos dictados por la norma a ca1alidad para o1tener los resultados fa8ora1les. utili/ando de ese modo. las temperaturas y tiempos correspondientes para los distintos procesos reali/ados,
!N)$+D&CC!N El conocer la densidad asociada a un elemento. es de suma rele8ancia para la reali/ación de ensayos. esto de1ido a su directa relación con la resistencia mec0nica 7ue cuenta el testi"o, En este aspecto se puede mencionar una 8aria1le 7ue se 8e afectada por la densidad. la compactación. 7ue se define como el proceso mec0nico mediante el cual se disminuye la cantidad de 9uecos en una masa de suelo. o1li"ando a sus partculas a un contacto m0s ntimo entre s. es decir. a un aumento de la densidad de un material determinado, Adem0s de la densidad. 9ay otras 8aria1les necesarias para ser consideradas y descritas como los son: la 9umedad. a1sorción y porosidad, Fas cuales i"ual imperan en el conocimiento de la resistencia mec0nica de la roca, Por lo 7ue. para poder conocer la densidad. la 9umedad. a1sorción y porosidad. es necesario se"uir los procedimientos especificados presentes en la metodolo"a en las normas correspondientes. en el caso de la presente experiencia. utili/ando la norma D345653. para el c0lculo de la densidad a partir de tres m-todos. el "eom-trico. utili/ando la cera de parafina y mediante suspensión, Fa norma D22565;. para calcular la 9umedad =contenido de a"ua>. y la norma CG<@G<'653. para el c0lculo de la a1sorción y densidad aparente,
+#(E)!*+% Principal 6
Determinar densidad de un testi"o por m-todos "eom-trico. cera6parafina y suspendido,
%ecundario 6 6 6 6
Determinar densidad aparente del testi"o, Determinar a1sorción del testi"o, Determinar 9umedad del testi"o, Determinar la porosidad de un testi"o,
AFCANCE% Para el presente informe. se utili/ó el testi"o * – . el cual ya 9a1a tenido preparación pre8ia. por lo cual solo se remitir0 al c0lculo de densidad. 9umedad y a1sorción. asumiendo 7ue se cumple con las tolerancias necesarias de paralelismo. rectitud y perpendicularidad =relación F@D. se puede 7ue si la cumple
≈ 2.5>,
Adem0s. se comen/ó la reali/ación de las prue1as. sacando el testi"o desde el 9orno. considerando 7ue ya 9a1a cumplido un tiempo de 2 9oras a la temperatura indicada en la norma =55;°C>. por lo 7ue no se reali/ó la confirmación de la existencia de la masa constante del testi"o, %e de1e considerar 7ue. para la reali/ación del informe. para concepto de tomar las Hltimas mediciones de la masa. se de1ió deIar el testi"o en a"ua. de un da 9acia el otro. por lo 7ue una persona se encar"ó de tomar las medidas en forma indi8idual,
'A$C+ )E$!C+ Para contextuali/ar el propósito de la presente experiencia. es necesario conocer al"unos conceptos. as como aspectos de importancia a ser considerados. los cuales ser0n presentados a continuación, Fa norma A%)' D35653. 9ace referencia a la determinación de la densidad aparente y seca. 1aIo la definición de un 8olumen de muestra y la determinación de la masa de ese 8olumen, 6 6
Densidad aparente: Es el total de la masa =solidos. adem0s de a"ua> por unidad de 8olumen total en una muestra con condición de 9umedad, Densidad seca: 'asa seca =or"0nica y materia mineral> por unidad de 8olumen total de una muestra en condición de 9umedad,
E7uipos y aparataros utili/ados en la experiencia 6 orno de secado: &n 9orno de secado el cual es controlado por un termostato manteniendo el 9orno a una temperatura de 5;3 J6 3 ° C, 6 #alan/a: !nstrumento usado para medir el peso en "ramos de las muestras. la 1alan/a tiene una sensi1ilidad de ;.;5 " para una muestra 7ue pese menos de 5;; ". una sensi1ilidad de ;.5 " para especmenes entre 5;; " y 5;;; ". y una sensi1ilidad de 5 " para muestra de m0s de 5,;;; ", 6 Cera de parafina: &sada para crear un re8estimiento de parafina en la muestra. antes de sumer"ir la muestra en la parafina esta de1e estar a una temperatura de ; – <;°C
ormulas a usar 6 ρ=
Fa densidad "eom-trica. ?. se calcula como: M g [ ] A∗ L cm ᵌ
Dónde: ' K masa de la muestra. "r F K lon"itud de la muestra. cm A K 0rea de sección trans8ersal de la muestra. como se determina a partir del di0metro y la forma del dispositi8o de muestreo. cmL, 6
Densidad por el m-todo de la parafina:
ρmetodo dela parafina =
Ms Ms− M suspendido ( parafina) M parafina− Ms ρagua
−
ρ parafina
Donde: 's K masa de la muestra seca. "r 'suspendido =parafina> K masa de la muestra con parafina en el a"ua. "r 'parafina K masa de la parafina. "r ?parafina K densidad de la parafina =
≈ ;.< ="@cm4>
DE%A$$+FF+ EMPE$!'EN)AF Para la reali/ación de la experiencia. fue necesario el se"uimiento de los procedimientos respecti8os de las normas correspondientes. de tal forma 7ue se pueden sinteti/ar en lo si"uiente: 6 6 6 6 6 6 6 6 6
%e retira el testi"o desde el 9orno. una 8e/ fuera se deIa enfriar 9asta 7ue sea posi1le su manipulación, Para densidad "eom-trica. sólo 1asta masar y tomar dimensiones del testi"o =lar"o y di0metro>, Para densidad cera6parafina se de1e calentar parafina en fundidora. a ;° es la temperatura ideal, &na 8e/ derretida la parafina. se sumer"e el testi"o en esta. con tres capas es ideal %e masa. lue"o en 1alan/a con canasta sumer"ida en a"ua se sumer"e testi"o con parafina y se masa, Con estos datos m0s la masa del testi"o y densidad de a"ua y parafina conocidas se puede determinar densidad, Para densidad por m-todo sumer"ido. se reali/a con el mismo testi"o. al cual se le 7uita la capa de parafina. lue"o se deIa sumer"ido por 2 9rs, en a"ua Posterior a esto. se retira y se masa o1teni-ndose as. la masa 9Hmeda Este testi"o se 8uel8e a masar. esta 8e/ en la 1alan/a con canasto suspendido en a"ua. o1teni-ndose la masa suspendida
6 6
Fue"o con esos datos m0s densidad de a"ua conocida. se puede o1tener la densidad de la muestra, Para el c0lculo de la porosidad. a1sorción y 9umedad. se utili/an los mismos datos entre"ados por las distintas mediciones reali/adas en los m-todos anteriores,
ANF!%!% DE $E%&F)AD+% A partir de los procedimientos se"uidos. se o1tienen los si"uientes resultados: • •
'asa antes del 9orno =masa 9Hmeda> K 345. " 'asa despu-s del 9orno =masa seca> K 34;.;G "
Adem0s. lue"o de las mediciones de las dimensiones del testi"o se tiene 7ue estas corresponden a: • •
Far"oK 5;4. mm Di0metroK G.G2 mm
Por lo 7ue si"uiendo la norma D345653 se puede o1tener la densidad "eom-trica •
?"eom-trica K 2.5< ="@cm 4>
Fue"o. mediante la utili/ación del m-todo de la cera de parafina. se tienen lo si"uiente: 'asa con parafinaK 33;.32 " 'asa con parafina sumer"idaK 5G.5 " Nota: se considera la densidad de la parafina como ;.< ="@cm 4> • •
Calculando la densidad con lo especificado por la norma correspondiente arroIa •
?cera parafina K 5.5 ="@cm4>
A9ora. calculando la densidad mediante el m-todo de la suspensión. re7uiere de los si"uientes datos: • • •
masa tras inmersiónK 34;. " masa tras inmersión sumer"ida K 42;.3 " 8olumen sumer"ido K 25;.52 cm 4
+1teniendo 7ue la densidad mediante este m-todo corresponde a: •
?sumer"ida K 2.32 ="@cm4>
Por otra parte. utili/ando los datos o1tenidos en el c0lculo de la densidad mediante m-todo de masa sumer"ida. se calcula la porosidad de la roca, •
Porosidad: ;.2 B
Para el c0lculo de la 9umedad se recurre a lo estipulado por la norma D22565;. o1teniendo: •
umedad K ;.23 B
$especto al c0lculo de la a1sorción y densidad aparente. esto est0 referido en la norma CG<@G<'653. de lo 7ue se o1tiene • •
A1sorción: ;.55 B Densidad aparente K 2.32 ="@cm 4>
De los resultados o1tenidos y anali/ando la 8ariación 7ue se presenta en ellos. se puede inferir de un punto de 8ista pr0ctico 7ue. a la 9ora de calcular la densidad. el m-todo 7ue podra ser considerado m0s efecti8o es el de la cera de parafina. de1ido a 7ue asla a la muestra al tomar la masa sumer"ida. pro8ocando de esa manera 7ue no se consideren la a1sorción de a"ua por los poros de la roca,
C+NCF&%!+NE% O $EC+'ENDAC!+NE% )ras la finali/ación de la experiencia y reca1ar de los resultados o1tenidos. se puede decir 7ue se cumplió con la finalidad de esta. al 9a1er o1tenido la densidad. calculada por los tres m-todos mencionados =m-todo "eom-trico. cera de parafina y suspendido>, Encontrando 7ue los diferentes m-todos entre"an resultados distintos de densidad. pero desde un punto de 8ista m0s analtico. se podra considerar 7ue el m-todo de la cera de parafina. entre"a un resultado 7ue no considera la a1sorción de a"ua al sumer"ir el testi"o. ya 7ue este se encuentra con una capa de cera, Por otro lado. adem0s se pudo determinar la porosidad de la roca. o1teniendo 7ue esta corresponda a ;.2B. lo cual denota una 1aIa porosidad, %i"uiendo la misma lnea. se pudo adem0s cumplir con la determinación de la a1sorción de a"ua. as como la 9umedad de la roca, Como recomendación. se puede decir 7ue es necesario cumplir con los procedimientos indicados por las normas para la o1tención de 1uenos resultados. respetando los tiempos adecuados. as como las condiciones necesarias. como. por eIemplo. mantener las temperaturas adecuadas, +tra recomendación importante. es tener cuidado a la 9ora de la manipulación de los elementos utili/ados en el la1oratorio. en el caso del 9orno. se de1e contar con las medidas adecuadas para su uso y as e8itar tanto accidentes como malos resultados a l no pro"ramarlo de la manera correcta, Para la utili/ación de las 1alan/as. se de1e tener precaución al momento de tomar las mediciones. tratando de e8itar los factores 7ue influencien la presencia de ses"o en ellas. como lo son el no cali1rar la 1alan/a de la manera adecuada o "enerar mo8imientos 1ruscos 7ue influyan en la lectura al momento de masar,
Por Hltimo. tener en cuenta 7ue la se"uridad es de "ran importancia para el comien/o del la1oratorio. es por esto 7ue se de1e estar 1ien e7uipado con los implementos de se"uridad necesarios en todo momento en el la1oratorio,
#!#F!+$A!A
Anuario de estándares. A%)',
=2;53>, desi"nation: D345653 Q%tandard )est 'et9ods for #ulR and Dry Density of Peat and Peat ProductsQ,
Anuario de estándares. A%)',
=2;5;>, desi"nation: D22565; Q %tandard )est 'et9ods for Fa1oratory Determination of Sater ='oisture> Content of %oil and $ocR 1y 'ass Q, A%)', =2;53>, desi"nation: CG<@CG<'653 Q%tandard )est 'et9ods for A1sorption and #ulR %pecific ra8ity of Dimension %tone Q,
Anuario
de
estándares.
Anuario de estándares. A%)',
=2;55>, desi"nation: E536G=reapro1ada 2;55> Q %tandard %pecification for ra8ity6Con8ection and orced6*entilation +8ensQ,
ANEM+% A$EA$E FA 'E'+$!A DE CFC&F+
