UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS, GEOLOGIA Y CIVIL E.F.P DE INGENIERÍA CIVIL
“LABORATORIO DE GEOTECNÍA Y ENSAYO DE MATERIALES” PESO ESPECÍFICO Y ABSORCION DE LOS AGREGADOS
I. INTRODUCCIÓN: Para los estudiantes de construcción civil llevar a cabo la ejecución de los diferentes ensayos como: Peso unitario, equivalente de arena, granulometría, peso especifico de los agregados y absorción entre otros; aplicados a los agregados tanto finos como gruesos es esencial, ya que, estos pasaran a formar entre un 70 y/o 80% de la mezcla de concreto o mortero; también es fundamental que el agregado sea optimo para así poder proporcionar a la mezcla una resistencia y durabilidad favorables en estructuras. II.
OBJETIVOS:
Calcular el peso específico para el cálculo del volumen que ocupa el agregado en el concreto. Conocer la importancia y cómo influye la densidad y absorción que tienen los agregados en una mezcla de concreto. Calcular la densidad y absorción de una cierta muestra de agregado (fino y grueso) para saber si cumple los requerimientos para la elaboración del diseño de mezcla. Establecer el tipo de agregado (fino y grueso) para la elaboración de un buen diseño de mezcla. Conocer las normas para los agregados : Peso específico y absorción del agregado grueso ASTM C127 Peso específico y absorción del agregado fino ASTM C128 III.
PARTE TEÓRICA:
REQUISITOS DE USO PARA LOS AGREGADOS: A. AGREGADO GRUESO Las partículas deben estar libres de tierra, polvo, limo, humus, escamas, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas. El agregado grueso deberá estar conformado por partículas limpias, de perfil preferentemente angular o semi-angular, duras, compactas, resistentes, y de textura preferentemente rugosa. Se recomienda que las sustancias dañinas no excedan los porcentajes máximos siguientes: 1. Partículas deleznables: 5% 2. Material más fino que la malla #200: 1% 3. Carbón y lignito: 0.5%
B. AGREGADO FINO El agregado fino será arena natural. Sus partículas serán limpias, de perfil preferentemente angular, duro, compactas y resistentes. El agregado fino deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas escamosas o blandas, exquisitos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales u otras sustancias perjudiciales Se recomienda que las sustancias dañinas no excedan los porcentajes máximos siguientes: 1. Partículas deleznables: 3% 2. Material más fino que la malla #200: 5% DEFINICIONES VOLÚMENES APARENTES Y NOMINALES. En un sólido permeable, si se incluye en su volumen la parte de vacíos accesibles al agua en las condiciones que se establezcan, se define el volumen denominado "aparente"; si se excluye este volumen de vacíos, al volumen resultante se le denomina "nominal". PESO ESPECÍFICO APARENTE Y NOMINAL. En estos materiales, se define el peso específico aparente como la relación entre el peso al aire del sólido y el peso de agua correspondiente a su volumen aparente, y peso específico nominal a la relación entre el peso al aire del sólido y el peso de agua correspondiente a su volumen nominal. PESO ESPECÍFICO El peso específico de los agregados, que se expresa también como densidad, adquiere importancia en la construcción cuando se requiere que el concreto tenga un peso límite. Además, el peso específico es un indicador de calidad, en cuanto que los valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que el peso específico bajo generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles, caso en que es recomendable efectuar pruebas adicionales. DEFINICIONES Aplicado a agregados el concepto de peso específico se refiere a la densidad de las partículas individuales y no a la masa del agregado como un todo. Pudiendo definirse al peso específico como la relación, a una temperatura estable, de la masa de un volumen unitario del material, a la masa del mismo volumen de agua destilada, libre de gas. La Norma ASTM C 128 considera tres formas de expresión de la gravedad específica: a. Peso Específico de masa; el cual es definido por la Norma ASTM E 12 como la relación, a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen unitario de material permeable (incluyendo los poros permeables e impermeables naturales del material) a la masa en el aire de la misma densidad, de un volumen igual de agua destilada libre de gas. b. Peso Específico de masa saturado superficialmente seco; el cual es definido como el mismo que el peso específico de masa, excepto que ésta incluye el agua en los poros permeables.
c. Peso Específico Aparente; el cual es definido como la relación, a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen unitario de un material, a la masa en el aire de igual densidad de un volumen igual de agua destilada libre de gas. Si el material es un sólido, el volumen es aquel de la porción impermeable. En las determinaciones del peso sólido y el volumen absoluto, así como en la selección de las proporciones de la mezcla, se utiliza el valor del peso específico de masa. INFLUENCIAS El peso específico de un agregado es principalmente función de las características de la roca originaria. VALORES USUALES El peso específico de masa de la mayoría de los agregados comúnmente empleados está comprendido dentro de los límites de 2.6 á 3.0. Los valores comúnmente empleados son: Basalto.................... 2.80
Hornfelsa................. 2.82
Pedernal.................. 2.54
Caliza...................... 2.66
Granito.................... 2.69
Pórfido..................... 2.73
Cuarzita................... 2.62 Arenisca.................. 2.50
Arena y Grava.......... 2.65 Roca Trapeana....... 2.90
IMPORTANCIA En relación con la importancia del peso específico del agregado, es conveniente considerar lo siguiente: a. Los pesos específicos bajos generalmente indican un material poroso, absorbente y débil. Los altos generalmente indican buena calidad pero ello, en ambos casos, siempre no es seguro salvo que se confirme por otros medios. b. El valor del peso específico puede ser utilizado como una medida indirecta de la solidez o estabilidad de un agregado, siendo generalmente aceptado que éstos disminuyen conforme es menor el valor del peso específico. c. El peso específico del agregado influye sobre el peso unitario del concreto, pudiendo ello ser de especial importancia en presas de gravedad en las que se requiere máximo peso del concreto, o en centrales nucleares en las que puede requerirse pantallas de alto peso. d. En general, el peso específico del agregado, salvo determinados tipos de agregados livianos o muy densos, está dentro de límites comparativamente estrechos, no siendo el valor crítico para usos normales del concreto. ENSAYOS La Norma ASTM C 128 indica el procedimiento para determinar el peso específico del agregado fino. La Norma ASTM C 127 indica el procedimiento para determinar el peso específico del agregado grueso.
El caso del agregado grueso la muestra de ensayo se forma con aproximadamente 5000 gr. del agregado por el método de cuarteo. Se lavan los componentes de la muestra, eliminando el polvo o material adherido y se sumerge en agua durante 24 horas. Luego se saca la muestra del recipiente de inmersión y se envuelve en una toalla, eliminando las partículas visibles de agua de la superficie. En estas condiciones, saturada y seca superficialmente, se pesa con una aproximación de 0.5 gr. A continuación se determina su peso, sumergida en agua, a una temperatura entre 21 C y 25 C. Luego se introduce en el horno a una temperatura de 110 C hasta peso constante. Se deja enfriar y se pesa. Las características del agregado se determinan por las siguientes relaciones:
Siendo: peso en gramos de la muestra seca peso en gramos de la muestra saturada interiormente y seca superficialmente peso en gramos de la muestra sumergida en agua. HUMEDAD Y ABSORCION CONDICIONES DE HUMEDAD Los agregados presentan poros internos, los cuales se conocen como abiertos» cuando son accesibles al agua o humedad exterior sin requisito de presión, diferenciándose de la porosidad cerrada, en el interior del agregado, sin canales de comunicación con la superficie a la que se alcanza mediante fluidos bajo presión. El estado de humedad de un agregado puede estar comprendido dentro de las cuatro condiciones siguientes: Seco, que es aquella condición en la que toda la humedad, tanto interna como externa, ha desaparecido, generalmente por calentamiento a 100C. Semi seco, o secado al ambiente, que es aquella condición en la cual no hay humedad superficial sobre las partículas, existiendo alguna humedad interna. Saturado superficialmente seco, que es aquella condición en la que no hay humedad libre o superficial sobre las partículas, pero todos los poros dentro de ellas están llenos de agua. Saturado o húmedo, que es aquella condición en que el agregado se encuentra saturado y con agua libre o superficial sobre las partículas. ABSORCION Y ABSORCION EFECTIVA Se entiende por absorción, al contenido de humedad total interna de un agregado que está en la condición de saturado superficialmente seco. La capacidad de absorción del agregado se determina por el incremento de peso de una muestra secada al horno, luego de 24 horas de inmersión en agua y de secado superficial. Esta condición se supone representa la que adquiere el agregado en el interior de una mezcla de concreto. Se entiende por absorción efectiva al volumen de agua necesario para traer un agregado de la condición de secado al aire, o semi seco, a la condición de saturado superficialmente seco.
HUMEDAD SUPERFICIAL Se entiende por humedad superficial, o agua libre, a la diferencia entre los estados saturado o húmedo y el estado saturado superficialmente seco. La humedad superficial o agua libre es aquella con la que contribuirá el agregado al agua de la mezcla. CONTENIDO DE HUMEDAD En los cálculos para el proporcionamiento del concreto se considera al agregado en condición de saturado superficialmente seco, es decir, con todos sus poros abiertos llenos de agua y libre de humedad superficial. Esta situación, que no es correcta en la práctica, conviene para fines de clasificación. Si el agregado está saturado y superficialmente seco no puede absorber ni ceder agua durante el proceso de mezcla. Sin embargo, un agregado parcialmente seco resta agua, mientras que el agregado mojado, superficialmente húmedo, origina un exceso de agua en el concreto. En estos casos es necesario reajustar el contenido de agua, a fin que el contenido de agua resulte el correcto. El contenido de humedad o agua total del agregado es la diferencia entre el estado actual de humedad del mismo y el estado seco. APORTE DE HUMEDAD DEL AGREGADO La diferencia entre el contenido de humedad y el porcentaje de absorción da el aporte, positivo o negativo, del agregado al agua de la mezcla. ENSAYOS DE DETERMINACION Para determinar el porcentaje de absorción del agregado se aplican las siguientes ecuaciones:
En las que: A = Peso en gramos de la muestra secada al horno. B = Peso en gramos de la muestra saturada superficialmente seca. IMPORTANCIA La capacidad de absorción es una medida de la porosidad del agregado, estimándose que valores en exceso del 2% al 3% pueden ser un índice de agregados de alta porosidad efectiva. Agregados que absorben valores mayores que los indicados pueden ser aceptables si el tamaño de los poros es grande. Los agregados de alta absorción y poros pequeños, con valores por debajo de 0.004 mm á 0.005 mm, deben ser evitados dado que el agua no drena de ellos fácilmente. En una mezcla de concreto, si el agregado no está en condición de saturado superficialmente seco, parte del agua puede ser tomada por él para llegar a esa condición. Igualmente, la humedad libre presente sobre la superficie de las partículas contribuirá al agua total de la mezcla.
Por tanto, la determinación del contenido de humedad, porcentaje de absorción y humedad libre son importantes en la medida que permiten conocer el volumen de agua con que contribuirá o que absorberá el agregado en una mezcla de concreto.
IV.
EQUIPOS Y ACCESORIOS:
1. Balanzas 2. Horno 3. Cono truncado 4. Varilla para asentamiento V.
5. Picnómetro calibrado 6. Canasta de malla de alambre 7. Bandejas
PARTE PRACTICA: V.a
PROCEDIMIENTO:
AGREGADO GRUESO: Porcentaje de Absorción: 1. Lo primero es extraer el material en este caso lo compramos, este agregado fue traído del río chacco, en el cual existe gran cantidad de agregado grueso y fino. Se coge una muestra de agregado grueso la cual se procede a realizar el cuarteo realizando tres veces este procedimiento.
2. Esa muestra seleccionada se zarandea con la malla Nº04 y lo retenido (según la norma ASTM) corresponde al agregado grueso adecuado y que se utilizará para el ensayo.
3. Ahora tomamos una muestra, el cual se procede a lavarla hasta que el agua alcance una transparencia (lo que indica que se elimina la suciedad contenida) y luego se deja sumergida en agua durante 24 horas.
4. Una vez lavada la muestra del agregado grueso, dejamos hasta al siguiente día en el laboratorio. Entonces al día siguiente saturado la muestra, coger el recipiente del agregado. Ahora tomar sólo un parte de la muestra y la otra será eliminada. Debido a las partículas grandes del agregado sólo es necesario secarla con una franela o trapo. Así obtendremos la muestra parcialmente seca.
5. Una vez secada (parcialmente seca) se procede a pesar la muestra secada con la balanza de estabilidad. No sin antes tarar la balanza. Luego anotar dicho valor.
6. Después traer un balde repleto de agua y se fija con un pabilo por la base de la balanza. Luego, se introduce una canastilla con la muestra dentro y se sumerge en el balde. Anotar el valor que se obtiene.
7. Finalmente, colocar la muestra de la canastilla en un recipiente. La cual será llevada al horno a una temperatura de 110°C durante 24 horas. Después de haber pasado las 24 horas, sacar la muestra y pesarla. Tomar los respectivos datos y calcular los resultados para el porcentaje de absorción.
AGREGADO FINO: Porcentaje de absorción:
a. Ahora primero se coge una muestra del material obtenido, la cual se procede a realizar el cuarteo realizando tres veces este procedimiento.
b. Enseguida empezamos zarandear entre la malla Nº04 y Nº200 (obtener el agregado fino correcto y adecuado). Considerando que el material que atraviesa la malla Nº 200 no es apta para la elaboración de Concreto, y ésta se eliminará.
c. Ahora de igual manera que el agregado procedemos a lavar el agregado fino, con ayuda de una manguera de tal manera que al lavar el agua contenido en la arena se vea transparente (esto para sacar el polvo adherido a la tierra).
d. Una vez de haber lavado el agregado fino, procedemos a coger un balde con agua y agregamos hasta el tope al recipiente con la muestra contenida (Esto se realiza para que la muestra quede totalmente saturada). Y dejarla sumergida por 24 horas. Además las piedras deberán estar extendidas, para que se saturen (absorción) el agua.
e. Al siguiente día o después de 24 horas, luego de que la muestra este totalmente saturada por un día, se coge la muestra saturada (agregado) y se procede a secarla con la ayuda de un trapo hasta que el agregado quede superficialmente seco.
f.
Una vez secado el agregado, realizamos un pequeño ensayo del conito de absorción, introducimos la muestra en el molde cónico, luego apisona unas 25 veces dejando caer el pisón desde una altura aproximada de 1cm. Todo esto para corroborar si el material se encuentra superficialmente seco.
g. Posteriormente se nivela y si al quitar el molde la muestra se deja caer a lo mucho 1/3 de la muestra, es porque ha alcanzado la condición requerida y no existe humedad libre, de lo contrario se sigue secando y se repite el proceso hasta que se cumpla con la condición.
h. Después pesamos una muestra de 500 gramos del agregado y echarla a la fiola. Sin olvidar obtener el peso de la fiola vacía. También agregar agua (a 20°C) hasta el ras indicado más o menos 500 ml.
i.
Debemos mover, mezclar el agua con el agregado para que toda el agua entre y no quede espacio alguno, es decir eliminar todas las burbujas de aire posible.
j.
Con el material de la fiola procederemos a obtener el porcentaje de absorción. Para sacar la muestra hay una manera o un artificio el cual consiste en sacar primero la arena luego el agua, y así poder sacar fácilmente. Y envasar esta muestra en un recipiente. Después de esto llevar la muestra al horno por espacio de 24 horas.
k. Para terminar, por último se lleva la muestra de agregado fino (después de 24 horas) a una balanza, y se anota los apuntes necesarios para realizar el cálculo del porcentaje de absorción. V.b
CÁLCULOS:
A. Muestra: Agregado Grueso CUADRO DE RESULTADOS PARA EL AGREGADO GRUESO Muestra Obra
: Arena del río : Finalidad de realizar prácticas
Procedencia: Río chacco Fecha
: 23/09/11
Tipo de Agregado: Agregado Grueso- Pasa Tamiz 1/2" y Ret. Tamiz Nº 4 PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO COD. DESCRIPCIÓN CANTIDAD A PESO MUESTRA CON S.S.S + CANASTILLA (En aire) 1656.00 B PESO DE LA CANASTILLA (En aire) 265.00 C PESO MUESTRA CON S.S.S (En aire) 1391.00 D PESO MUESTRA CON S.S.S + CANASTILLA (En agua) 1060.00 E PESO DE LA CANASTILLA (Sumergida en agua) 240.00 F PESO MUESTRA CON S.S.S (Sumergido en agua) 820.00 G VOLUMEN DE LA MUESTRA (C – F) 571.00 H PESO MUESTRA SECA EN HORNO (a 110ºC) 1347.56 I VOLUMEN DE MASA (H – F) 527.56 PESO ESPECIFICO “BULK” (SECA) (H/G) 2.36 PESO ESPECIFICO “BULK” (SATURADA) (C/G) 2.44 PESO ESPECIFICO APARENTE (H/I) 2.55 ABSORCION (((C - H)/H)*100) 3.22
UNIDAD gr gr gr gr gr gr cm3 gr cm3 gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 %
B. Muestra: Agregado Fino CUADRO DE RESULTADOS PARA EL AGREGADO FINO Muestra Obra
: Arena del río : Finalidad de realizar prácticas
Procedencia: Río Chacco Fecha
: 23/09/11
Tipo de Agregado: Agregado Fino- Pasa Tamiz 1/4"
COD. A B C D E F
PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO DESCRIPCIÓN CANTIDAD PESO MUESTRA CON S.S.S PESO DEL FRASCO 169.00 PESO DEL FRASCO + MUESTRA S.S.S + AGUA 550.00 PESO DEL FRASCO + AGUA (A la capacidad de “C”) 895.00 PESO DEL AGUA INICIAL (C – B – A) VOLUMEN DE LA MUESTRA (D + A – C)
UNIDAD gr gr gr gr gr ml
G PESO MUESTRA SECA EN HORNO (a 110ºC) H VOLUMEN DE MASA (Seco) (G – (C – D)) PESO ESPECIFICO “BULK” (SECA) (G/F) PESO ESPECIFICO “BULK” (SATURADA) (A/F) PESO ESPECIFICO APARENTE (G/H) ABSORCION (((A - G)/G)*100)
VI.
367.93
gr cm3 gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 %
CONCLUSIONES:
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. Cuando se desee trabajar con un agregado debe siempre estudiárselo para conocer sus propiedades y así obtener una buena muestra. El resultado de laboratorio arrojó que la densidad del agregado fino es mayor que el agregado grueso debido a la relación entre masas de los dos agregados. El agregado fino es proporcionalmente más grande que el agregado grueso debido a que tiene una mayor compactación y menos espacio de vacíos, lo cual hace que aumente su densidad.
La absorción que se presentó en el agregado grueso es buena, ya que nos indica que en el diseño de mezclas, el agregado aportará agua en una mínima dosis; debemos tener en cuenta este porcentaje. La densidad promedio del agregado fino que nos resultó en el laboratorio nos indica que el grado de compactación es mayor que en el agregado grueso, presentando un mejor acomodamiento en las partículas.
La saturación que se presentó en el agregado fino es muy mínima, esto se nota en el aumento de peso que se observó en el laboratorio.
Los ensayos por duplicado realizados en un mismo laboratorio sobre una misma muestra, se considerarán satisfactorios. Debido a que darán un valor mucho más adecuado y más exacto. Cabe destacar, que este ensayo es fundamental en el volumen absoluto de la materia sólida del agregado sin incluir huecos entre granos.
VII.
BIBLIOGRAFÍA Tópicos de tecnología del concreto en el Perú (ENRIQUE PASQUEL CARBAJAL) Tecnología del concreto (VARIOS DEL ACI CAPITULO PERUANO) Tecnología del concreto (ING. FLAVIO ABANTO CASTILLO) CONCRETO. Serie de Conocimientos Básicos. Revista N°1. ASOCRETO.
