Práctica Nº 2 _Propiedades generales II - RUA

Universidad de Alicante - Prácticas de Materiales de Construcción I.T.O.P – Práctica Nº 2
(Curso 2.008 – 2.009)
César García Andreu, José Miguel Saval Pérez, Francisco Baeza Brotons, Antonio José Tenza Abril
Prácticas de Materiales de Construcción – I.T. Obras Públicas
PRÁCTICA Nº 2
PROPIEDADES GENERALES II
Contenido:
2.1 Toma de muestras en áridos
2.2 Determinación de la densidad de conjunto
2.3 Dureza al rayado de los minerales. Escala de Mohs
2.4 Determinación cualitativa de la existencia de carbonato cálcico en un árido
ANEJO 1: Instrumental de laboratorio utilizado en la práctica
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2.1 Toma de muestras en áridos
INTRODUCCIÓN
Antes de empezar a realizar ensayos sobre un material en el laboratorio es necesario asegurarnos
de que las muestras disponibles cumplen con dos premisas:
a) Disponemos de la cantidad de material suficiente para realizar todos los ensayos
programados.
b) La muestra es lo suficientemente representativa como para conseguir unos resultados
que se aproximen a la verdadera naturaleza y condición de los materiales que
representan.
Las operaciones de toma de muestra requieren de gran cuidado por parte de las personas
responsables de su realización. Para ello deben seguirse los procedimientos recogidos en las
diferentes normativas diseñadas para cada tipo de material (áridos, ladrillos, cemento, etc.).
CONCEPTOS
Objetivo de un ensayo.- Obtener una cuantificación relativa a una propiedad de un
conjunto de material.
Muestra.- Parte o porción extraída de un conjunto por métodos que permiten
considerarla como representativa del mismo.
Muestreo.- Acción de escoger muestras representativas de la calidad o condiciones
medias de un todo, evitando las singularidades y reflejando las heterogeneidades.
TIPOS DE MUESTRAS
Muestra bruta.- Porción o porciones integradas de material que se toman directamente
de las fuentes de suministro según los métodos establecidos para ello (en canteras,
plantas, almacenes o acopios).
Muestra de envío.- Es la que se obtiene reduciendo la muestra bruta hasta obtener la
muestra necesaria para realizar los ensayos y que se enviará al laboratorio.
Muestra de ensayo.- Se obtiene de la muestra de envío, y sobre ella se realizan los
ensayos deseados.
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La reducción de la muestra bruta a muestra de envío, como veremos en los siguientes ensayos,
se puede hacer mediante cualquiera de los siguientes métodos:
-
Cuarteo manual, con mayor influencia de la mano del hombre al dividir la muestra.
-
Aparato divisor de muestras (Cuarteadores), donde el material se separa de forma
aleatoria.
ENSAYO 2.1
OBJETIVO
Obtener una muestra de ensayo de áridos a partir de una muestra bruta mediante cuarteo
manual y cuarteador.
MATERIAL UTILIZADO (ver anejo 1)
-
Árido (muestra bruta)
-
Lona y barras de acero normalizadas
-
Cuarteador
PROCEDIMIENTO:
a) Obtención de la muestra de envío:
1º. Imaginemos que tomamos una muestra bruta de árido de un acopio de material en obra.
Acopio en obra
Muestra bruta
2º. Reducimos la muestra bruta mediante cuarteo manual hasta tamaño de muestra de
envío:
-
Homogeneizamos la muestra
-
Situamos las dos barras en el suelo en posición
perpendicular.
-
Colocamos la lona centrada sobre las barras.
-
Extendemos la muestra sobre la lona, lo más centrada
posible.
-
Levantamos las dos barras de forma simultánea de forma
que la muestra queda dividida en 4 partes aproximadamente iguales, quedándonos con 2
de ellas y eliminando las otras 2.
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-
Si tuviéramos que dividir más la muestra repetiríamos los pasos anteriores tantas veces
como fuera necesario.
3º. Reducimos la muestra de envío mediante cuarteadores hasta tamaño de muestra de
ensayo:
-
Elegimos en primer lugar el tipo de cuarteador en función del tamaño del árido.
-
Homogeneizamos la muestra
-
Cuarteamos
-
Repetimos tantas veces como fuera necesario. Ejemplo:
4.000 g
1.300 g
2.700 g
700 g
600 g
2.2 Determinación de la densidad de conjunto
INTRODUCCIÓN
La densidad de conjunto (de un conjunto de partículas), también denominada peso del litro ya
que se expresa en unidades
Kg
, se calcula mediante la siguiente expresión:
l
Dc =
∑m
s
Vc
Siendo:
-
∑m
-
Vc = Volumen de conjunto
s
= Sumatorio del peso seco de las partículas (áridos) en el recipiente
El volumen de conjunto es el ocupado por todas las partículas más el volumen de espacios
vacíos existente entre ellas, o lo que es lo mismo, volumen interior del recipiente que contiene
las partículas tal como se muestra en la siguiente imagen:
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VVcc
Otros conceptos:
Oquedad =
∑
Vhue cos Vc − Vep
=
Vc
Vc
Compacidad de conjunto =
∑V
ep
Vc
= 1 − Oquedad
Estos parámetros pueden
expresarse en tanto por
uno o en porcentaje.
Siendo:
∑V
-
ep
= Sumatorio de los volúmenes elementales de las partículas (áridos) en el recipiente
UTILIDAD
Supuesto 1:
Estamos en obra y necesitamos rellenar con arena una zanja de unas dimensiones
determinadas. Al almacén es necesario hacerle el pedido de la arena en peso:
L
∑m
s
= Dc ⋅ V c
Siendo:
Dc: dato conocido en los materiales usuales
h
b
Vc = volumen de la zanja = b ⋅ h ⋅ L
Supuesto 2:
Estando en obra nos suministran 1.000 Kg. de arena y necesito saber la altura que
alcanzará dicha cantidad de arena en una zanja.
Solución: En este caso tendré que despejar h de la ecuación anterior.
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ENSAYO 2.2
OBJETIVO
Determinar la Dc de una muestra de árido:
Dc =
Por tanto será necesario obtener:
∑m
∑m
s
Vc
s
(Vc conocido)
MATERIAL UTILIZADO (ver anejo 1)
-
Muestra de árido
-
Molde metálico de 1 litro de capacidad cerrado en la base y con corona desmontable
-
Barra de acero para compactación
-
Espátula metálica para enrase
PROCEDIMIENTO:
1º. Pesamos el molde vacío en la balanza (tara):
(1) mmolde =
2º. Llenamos el molde con el árido en 3 tongadas del mismo espesor, compactando cada una
de ellas con la barra de acero mediante 25 golpes distribuidos uniformemente en toda la
superficie.
Corona
1/3
1/3
Desmontamos
corona
y enrasamos
1/3
1/3
1/3
1/3
3º. Desmontamos la corona, enrasamos con espátula metálica y limpiamos exteriormente el
molde de partículas caídas durante la operación.
4º. Pesamos molde + muestra en la balanza:
(2) mmolde + ms =
RESULTADOS
∑m
s
= (2) − (1) = (mmolde + ms ) − mmolde =
Dc =
=
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2.3 Dureza al rayado de los minerales. Escala de Mohs
INTRODUCCIÓN
En 1824 Friedrich Mohs planteó un método semicuantitativo para la determinación de
la dureza de un mineral. En el método se utiliza una escala de 10 niveles cada uno de los
cuales representado por un mineral común con una dureza asignada, y se basa en que los
minerales clasificados con mayor numeración pueden rayar a todos los que les preceden
en esta escala:
Escala de Mohs
1
Talco
6
Feldespato
2
Yeso
7
Cuarzo
3
Calcita
8
Topacio
4
Fluorita
9
Corindón
5
Apatito
10
Diamante
La dureza de un mineral depende de su composición química y también de la
disposición de sus átomos. Cuanto más grandes son las fuerzas de enlace, mayor será la
dureza del mineral. Por ejemplo el Grafito y el Diamante son de la misma composición
química, solamente se constituyen de átomos de carbono, sin embargo el Grafito tiene
una dureza según Mohs de 1, mientras que diamante tiene una dureza de 10.
Esta escala no es proporcional (los intervalos no guardan la misma proporción). Por
ejemplo la diferencia entre la dureza del diamante (10) y el corindón (9) es mucho
mayor que la existente entre el corindón y el talco (1).
La sencillez de aplicación del método de Mosh resulta muy útil frente a otros métodos
más sofisticados principalmente en la investigación de campo. Una cierta experiencia y
algunos medios auxiliares son suficientes para estimar la dureza de un mineral, pero los
resultados obtenidos no dejan de ser valores relativos. Al tratar de establecer escalas de
durezas con valores absolutos y más exactos se crearon otros métodos y escalas basados
en resultados sobre:
-
La resistencia a la abrasión medidas en pruebas de laboratorio tomando como
base el corindón con un valor de 1000 (Rosiwal).
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-
Profundidad de penetración de una punta de diamante al mineral sobre el que se
ejerce una fuerza estándar (Berkovich, Knoop, Wilks).
-
Evaluación del pulido de las facetas (Denning, Winchell, Wilks).
-
Abrasión con arena (Eppler).
ENSAYO 2.3
OBJETIVO
Clasificar 3 minerales dados en la escala de Mohs
MATERIAL UTILIZADO
3 minerales: Yeso, Calcita y Cuarzo
-
PROCEDIMIENTO:
Intentaremos rayar cada uno de los minerales con los otros dos
NOTA
No hay que confundir rayar con dejar huella. Mientras la huella puede ser
limpiada la raya es irreversible. Por ejemplo, la tiza deja una marca sobre la
pizarra, no la desgasta (no la raya).
Los minerales pulverulentos, granulares o astillosos pueden romperse y quedar
aparentemente rayados por minerales más blandos.
La dureza de un mineral es una propiedad vectorial, pudiendo presentar un mismo
mineral diversos valores dependiendo de la dirección según la cual se les raye.
Por lo general, esa diferencia es muy ligera.
Cuando no disponemos de los 10 minerales de la escala de Mosh para realizar
este test de dureza, podemos obtener una orden de magnitud bastante aproximada
usando una serie de objetos con dureza de Mosh conocida:
Uña del dedo (dureza = 2 - 2,5)
Moneda de cobre (dureza = 3)
Fragmento de vidrio (dureza = 5)
Punta de acero, como una navaja o un clavo (dureza = 5-6).
Para realizar este test de forma correcta existen unos lápices con punta de dureza
normalizada.
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2.4 Determinación cualitativa de la existencia de carbonato cálcico en un árido
ENSAYO 2.4
OBJETIVO
Determinar la existencia o no de carbonato cálcico en dos áridos dados
MATERIAL UTILIZADO
-
2 áridos: Uno calizo y otro silíceo
-
Ácido clorhídrico
-
Cuentagotas
PROCEDIMIENTO:
Echaremos sobre los áridos unas gotas de ácido clorhídrico. Si se trata del árido calizo,
compuesto por tanto de carbonato cálcico, el ácido reaccionará y se producirá sobre la superficie
del mismo una efervescencia. En el caso del árido silíceo no se producirá ninguna reacción.
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(Curso 2.008 – 2.009)
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ANEJO 1: Instrumental de laboratorio utilizado en la práctica
Cuarteador de grandes dimensiones
Cuarteadores de tamaños reducidos
Prensa para ensayo a compresión
Prensa para ensayo a tracción
Molde para obtener la densidad de conjunto
Prensa para ensayo a flexotracción
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