Densidad DE Solidos Y Liquidos PDF

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calculo de densidad de solido y líquidos en los materiales...

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DENSIDAD DE SOLIDOS Y LIQUIDOS

Presentado por: Rodríguez Cardozo Diego Mauricio 3020711609

Revisado por: Ing.:

UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL FISICA EXPERIMENTAL 2 Bogotá D.C., Colombia 25 febrero 2014

MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE SOLIDOS Y LIQUIDOS OBJETIVOS

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MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR: DENSIDAD ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO Y GRUESO:    

Determinar la densidad de sólidos y líquidos utilizando métodos experimentales. Comparar el resultado experimental con el resultado matemático en cada ensayo Conocer la importancia que tiene la densidad y sus diferencias entre densidades liquidas y densidades solidas Interpretar los valores obtenidos de la densidad.

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MARCO TEORICO Densidad: Llamamos densidad absoluta o simplemente densidad, , de un cuerpo homogéneo a su masa m, por unidad de volumen:

Principio de Arquímedes: Este principio establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado



m V

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sí, si un cuerpo de volumen V se encuentra totalmente sumergido en un líquido de densidad , el empuje que experimenta el cuerpo es

E   gV

En el proceso de conocer los detalles para poder realizar un buen diseño de mezcla se necesita conocer muchas propiedades físicas y químicas de los agregados, algunas de estas son la Densidad Aparente, Densidad Nominal y Absorción. La descripcion de nominal o aparente, se refieren a la forma de tomar el volumen del cuerpo, puesto que las partículas de los agregados para el concreto tienen porosidad; esa porosidad puede ser saturable o no saturable. Si se toma el volumen externo, el aparente, la densidad calculada será aparente; si del volumen aparente se elimina la porosidad saturable, la densidad se llama nominal, y si además de la porosidad saturable se elimina la porosidad no saturable, el volumen resultante es de material puro, y por lo tanto el cociente de la masa y ese volumen será la masa, sin calificativos, la densidad aparente determinada sobre la base saturada y superficialmente seca se usa si el agregado está húmedo, es decir, si se ha cumplido la absorción. La absorción 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. La determinación de la Densidad Aparente, Densidad Nominal y Absorción se obtiene mediante ensayo de laboratorio, donde se obtienen datos como masa superficialmente seca, masa seca, masa sumergida o satura etc. Y aplicando las formulas respectivas se conoce el valor de cada uno, dicho valor se utilizara a la hora de realizar un diseño de mezcla. La densidad aparente también se usa en el cálculo de vacíos del agregado en la NTC 92 y en la determinación de la humedad del agregado por desplazamiento en el agua en la norma ASTMC70. En la norma NTC 92 se determinan los valores de la masa unitaria necesarios para la selección de las proporciones de los agregados en las mezclas de concreto. La masa unitaria puede ser usada también para la determinación de las relaciones masa/volumen para los acuerdos de compra. Sin embargo, se desconoce la relación entre el grado de compactación de los agregados en una unidad de acarreo o en una pila de almacenaje y el determinado por este método. Así mismo, los agregados en las unidades de acarreo o en las pilas de almacenaje usualmente contienen humedad absorbida y superficial (esta última afecta el Análisis volumétrico), mientras que la norma determina la masa unitaria con base en los agregados secos.

MARCO TEORICO: Peso Específico Aparente

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Es la relación del peso al aire de un volumen unitario de un material a una determinada temperatura y el peso al aire de igual densidad de un volumen de agua destilada a una temperatura establecida. Es el peso de una sustancia dividida por el peso de un volumen igual de agua igual de agua destilada en condiciones normales. Agua Libre: es cuando la partículas tienen agua en exceso de la correspondiente a los agregados saturados con superficie seca (s s s) influye directamente en la relación A/C de la mezcla de concreto. La Densidad, de un material se define, como la masa por unidad de volumen de un material, expresada en kg/m3 (lb/pie3). Absorción La absorción en términos simples es la capacidad que tiene un material de retener agua, la absorción es el aumento en peso de los agregados debido al agua en los poros del materia pero, sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partículas, la absorción interactúa a nivel interno de partículas y se expresa como un porcentaje del peso seco. Es entonces momento de detenerse y entender el comportamiento de algunas propiedades físicas del suelo y la interacción de las partículas a lo largo de sus tres fases. La porosidad proporciona el porcentaje de vacios en una muestra de suelo, (el tamaño de estos vacios es fundamental en este concepto), la saturación es el porcentaje de agua presente en esos vacios, Por lo anterior, la absorción esta inevitablemente relacionada, con los vacios al interior del material susceptibles a ser llenados por el agua presente y la capacidad de retención de los mismos. Mientras que el contenido de humedad relaciona el peso del agua con el del material seco contenidos en una muestra, la saturación marca el volumen ocupado por esos pesos presentes en la muestra, por eso resulta importante hacer distinción entre todos estos términos.

Tabla 1. Masa mínima de las muestras Tamaño nominal, (mm)

Masa mínima de la muestra de ensayo, kg

12,5 ó menos 19,0 25,0 37,5 50 63 75 90 100 112 125

2 3 4 5 8 12 18 25 40 50 75

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150

125

Se muestrea el agregado de acuerdo con la NTC 129. Se mezcla completamente la muestra de agregado y se reduce a la cantidad requerida aproximada, se usan los procedimientos descritos en la norma ASTM C 702. Se rechaza todo el material que pase el tamiz 4,75 mm por tamizado en seco y lavado completo para remover el polvo u otros recubrimientos de la superficie. Si el agregado grueso contiene una cantidad substancial de material más fino que el tamiz 4,75 mm (tales como los agregados de Tamaño No. 8 y No. 9 en la clasificación de la norma ASTM D 448), se usa el tamiz 2,36 mm en lugar del tamiz 4,75 mm y se ensaya el material más fino de acuerdo con la NTC 237. La masa mínima de la muestra de ensayo se da en la Tabla 1. En muchos casos puede ser deseable ensayar un agregado grueso en varias fracciones de tamaño separadas; y si la muestra retiene más del 15 % en el tamiz 37,5 mm, se ensaya el material mayor de 37,5 mm en una o más fracciones separadas de las fracciones de menor tamaño. Cuando un agregado es ensayado en fracciones de tamaño separado, la masa mínima de la muestra de ensayo para cada fracción debe ser la diferencia entre las masas prescritas para los tamaños máximos y mínimos de la fracción. Si la muestra es ensayada en dos o más fracciones de tamaños, se determina la gradación de la muestra de acuerdo con la NTC 77, incluyendo los tamices usados para separar las fracciones de tamaños para las determinaciones en este método. Al calcular el porcentaje de material en cada fracción de tamaño, se ignora la cantidad de material más fino que el tamiz 4,75 mm.

El suelo es una composición de material homogéneo, sedimentado y estratificado que forma la corteza terrestre, cuando se tiene una muestra de suelo in situ o en laboratorio, podemos afirmar que está compuesto por partículas externas y internas. Las externas son aquellas dispuestas en la superficie en contacto con otras masas, de esta forma y bajo condiciones de permeabilidad el aguase puede adherir a esta superficie externa. Al interior como lo habíamos dicho, las partículas están distribuidas en fases, pero en cada una de esas fases existen vacios dispuestos a ser ocupados por agua de acuerdo al nivel de saturación al que sea sometido, el peso del agua en el suelo varía de acuerdo a la temperatura a la que esté sometida la muestra, hay ambientes naturales que conservan el contenido de humedad, mientras que el concepto de material seco, solo se obtiene en laboratorio. En consecuencia, es claro ahora entender el por qué se relaciona a lo largo del método de ensayo, el término saturado con superficie seca (SSS), lo que contempla la posibilidad de que un material pueda estar saturado en su interior pero seco exteriormente. En suelos finos, el contenido de agua está directamente relacionado con su resistencia al corte y su permeabilidad, un suelo activo con variaciones de humedad muestra inestabilidad volumétrica, es por eso que la acomodación en masa de los finos permite niveles altos de absorción, caso puntual de limos y arcillas. En compactación, se habla de humedad óptima, a la humedad de mayor rendimiento, con la cual la densidad de un material alcanza a ser máxima, dependiendo el valor de la humedad óptima y de la energía de compactación, se obtiene la excelente densificación de un suelo. La aplicabilidad de esta norma, por tratarse de agregados gruesos, está relacionada al igual que el peso especifico hacia los agregados del concreto, y más aún en concretos con altos niveles de humedad, es el caso del concreto hidráulico, en donde la cantidad de agua que se evapora al airea una humedad relativa

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del 50% (el agua permanece retenida herméticamente en poros y no se evapora bajo condiciones normales) es de aproximadamente 2% a 3% del peso del concreto, dependiendo del contenido inicial de agua del concreto, de las características de absorción de los agregados, y del tamaño de la estructura. Los agregados gruesos no tienen la misma capacidad de retención que tienen los agregados finos, el contenido de humedad que aporta un agregado grueso, es mínimo frente a lo que necesita una mezcla de concreto homogéneo, es por eso que el agua y su interacción con el cemento (relación agua cemento) entra a jugar un factor determinante de las propiedades del mismo. Finalmente, hemos analizado la humedad y el peso especifico de los suelos de forma general, para llegar a una aproximación al comportamiento en los agregados gruesos; es distinto analizar el comportamiento de las partículas finas al de las gruesas, por eso los sistemas de clasificación certifican como criterios fundamentales, el tamaño de la partícula y su contenido de agua. Sin embargo, es claro que aparte de permitir identificar y referenciar otras variables presentes en general en la mecánica de los materiales (suelos y concretos), el peso especifico y la absorción son propiedades manipulables, si bien se tiene una muestra de material grueso empleado para la estructura de un pavimento o como agregado de un concreto, sus características naturales determinaran el grado de modificación que se tenga que aplicar sobre ellas, para el beneficio solicitado. PESO UNITARIO: El peso unitario es el peso de la unidad de volumen de material a granel en las condiciones de compactación y humedad es que se efectúa el ensayo, expresada en kg/m3. Aunque puede realizarse el ensayo sobre agregado fino y agregado grueso; el valor que es empleado en la práctica como parámetro para la dosificación de hormigones, es el peso unitario compactado del agregado grueso. PESO UNITARIO SUELTO (PUS) Se denomina PUS cuando para determinarla se coloca el material seco suavemente en el recipiente hasta el punto de derrame y a continuación se nivela a ras una carilla. El concepto PUS es importante cuando se trata de manejo, transporte y almacenamiento de los agregados debido a que estos se hacen en estado suelto. Se usara invariablemente para la conversión de peso a volumen, es decir para conocer el consumo de áridos por metro cubico de hormigón. PESO UNITARIO COMPACTADO (PUC) Se denomina PUC cuando los granos han sido sometidos a compactación incrementando así el grado de acomodamiento de las partículas de agregado y por lo tanto el valor de la masa unitaria El PUC es importante desde el punto de vista diseño de mezclas ya que con él se determina el volumen absoluto de los agregados por cuanto estos van a estar sometidos a una compactación durante el proceso de colocación del hormigón. Este valor se usara para el conocimiento de volúmenes de materiales apilados y que estén sujetos a acomodamiento o asentamiento provocados por él, transita sobre ellos o por la acción del tiempo. También el valor del peso unitario compactado, es de una utilidad extraordinaria para el cálculo de por ciento de vacíos de los materiales MATERIAL Y EQUIPO:

   

Muestra de grava. Muestra de arena. Balanza 0.1% de sensibilidad. Horno.

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      

Bayetilla o trapo. Canastilla de suspensión. Molde. Tamices. Picnómetro. Pisón. termómetro

PROCEDIMIENTO: Agregado grueso (graba): Lo primero es extraer el material, Se coge una muestra de agregado grueso, 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, ahora se tomó sólo una parte de la muestra y la otra será eliminada. Debido a las partículas grandes del agregado sólo es necesario secarla con un trapo. Así obtendremos la muestra parcialmente seca. Una vez secada (parcialmente seca, se procede a pesar la muestra secada con la balanza, no sin antes tarar la balanza. Luego anotar dicho valor. Para tomar las muestras de agregado y sacar su peso específico usamos tres tipos de ensayos de masas unitarias donde serán empleados tres veces y después promediados para sacar un valor promedio de cada ensayo:

Primero lo tomamos por el método donde el agregado esta suelto, donde solamente se enrasa y se pesa:

El segundo método que usamos fue apisonando la grava y por último el de vibrado donde soltamos el mol de 25 veces de cada lado.

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Después de esto se lleva 5 kg de grava la cual fue antes secada con una bayetilla pasa sacar el Wsss dela muestra y la pesamos en una balanza hidráulica la cual tiene un tamiz # 4 donde todo lo que se queda es grava:



Wsss = 5000 gr



Wsumergido=3068,4 gr



Wrecipiente= 1430,4 gr

Después lleva 24 horas a un horno, donde se secó la muestra y se pesó. Se tomaron los respectivos datos y calcular los resultados para el porcentaje de absorción. Ps = 6352 a una temperatura de 110°C

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Agregado fino: Primero hacemos el ensayo de masas unitarias del agregado fino para luego calcular nuestros pesos específicos, como ya sabemos hacemos tres veces cada ensayo para así promediar y tener un valor promedio de cada ensayo: SUELTO

APISONADO

VIBRADO

Wmoldes+Warena

Wmoldes+Warena

Wmoldes+Warena

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 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. Después se peso una muestra del agregado y se introdujo en el picnómetro antes pesado, también se agregó agua (a 22°C ) hasta el ras indicado más o menos 500 ml, Se procede a cuantificar el peso del picnómetro (con la muestra y el agua mezcladas) en la balanza anotando su respectivo valor, Para terminar, por último se lleva la muestra de agregado fino (24 horas) a un horno, y se toma el peso seco de la muestra.

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DATOS: AGREGADO FINO

AGREGADOS FINO ENSAYO N1 ENSAYO N2 TIPO DE ENSAYO

UND

ENSAYO N3

SUELTO

APISONADO

VIBRADO

gramos

7009

7320

7510

gramos

6967

7502

7537

gramos PESO DEL RECIPIENTE PESO PROMEDIO

6990

7510

7506

2541,0

2541,0

2541,0

4447,7

4903,0

4976,7

Wsss = 500 gr W recipiente 2 = 115,3 gr W picnómetro = 156,8 gr Vol. Agua = 500ml Wpic + WH2O+WA=955,1 gr Temperatura del agua en el picnómetro 22°C W seco después de 24 horas en el horno = 606gr – W recipiente 2= 4907gr

AGREGADO GRUESO

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AGREGADO GRUESOS ENSAYO N1 ENSAYO N2 TIPO DE ENSAYO

ENSAYO N3

SUELTO

APISONADO

VIBRADO

gramos

29824

30630

31447

gramos

30250

30548

31493

gramos

30016

30801

9125,0

9125,0

9125,0

20905,0

21534,7

17782,5

UND

PESO DEL RECIPIENTE PESO PROMEDIO

Wsss= 5000gr W sumergido = 3068,4 W recipiente 2 = 1430,3 W seco = 6352gr -1430,4 = 4921,6 OBSERVACIONES 

Se debe tener mucha precaución en la forma con la que se hacen los ensayos para masas unitarias porque cualquier mal llenado de los recipientes con el agregado fino puede alterar los resultados de los ensayos.



Hay que tener cuidado en el momento que e lagua sea vaciada en el picnómetro para no sobrepasar la marca de referencia ni quedar muy escasa el agua.



Tampoco se debe confundir la espuma que genera con la cantidad de agua ya que esta se baja y nos da una lectura errónea en el picnómetro.

CALCULOS AGREGADOS FINOS PORCENTAJE DE ABSORCION

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%Abs. = 500g – 490.7g * 100% = 1,8% 490.7g Es posible que tengamos perdidas al desarrollar los diferentes pasos incluido desde el lavado de la muestra, tamiz, o paso de la muestra de recipientes, por eso se puede elevar es te valor. Pero aún sin determinar esas pérdidas el resultado está dentro del rango permitido por la norma NTC-176 donde el máximo aceptable es de 25%.

S= Masa Superficialmente seca B= Masa del picnómetro lleno de agua C= Masa del Picnómetro + Agua + Arena

DA=

500g

. =

2.47

656,8 + 500g - 955.1 g

A= Masa seca B= Masa del picnómetro lleno de agua C= Masa del Picnómetro + Agua + Arena DN=

490.7g 656,8g + 490,7g - 965.45g

AGREGADOS GRUESOS

. =

2.7

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%Abs. = 5000g – 4921,6g * 100% = 1,6 % 4921,6 gr

B= Masa superficialmente seca C= Masa saturada DA=

5000 g

. =

2.58

. =

2,65

5000 – 3068,4g

A= Masa seca C= Masa saturada DN=

4921,6 g 4921,6 g – 3068,4g

ANALISIS DE RESULTADOS Los resultados obtenidos para el agregado fino son: Densidad Aparente=2.47gr/cm3, Densidad Nominal =2.7 gr/cm3 y absorción de 1,8 %; y para el agregado grueso son: Densidad Aparente=2.58 gr/cm3, Densidad Nominal =2.65 gr/cm3 y absorción de 1,6 %; de todos estos resultados se puede analizar qué: De acuerdo a los resultados arrojados por las fórmulas que definen el valor de la densidad aparente y densidad nominal 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 multiplica este valor por 1 gr/cm...