DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA Y ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO Marlon Valarezo A. [email protected] Importancia La norma ASTM C 128 cubre la determinación de la densidad (el volumen no incluye el espacio entre partículas), densidad relativa (gravedad especifica) y absorción en el árido fino. Este método determina la densidad o la porción esencialmente sólida de las partículas de árido y presenta un valor promedio. Se diferencia con el método ASTM C 29 que determina la masa volumétrica de los áridos, por que este incluye en el volumen, el espacio entre las partículas. El método de ensayo ASTM C 128 no deberá utilizarse con áridos de peso ligero. [email protected] 2 Equipo: Balanza: Con capacidad para 1 kg o más y sensibilidad de 0.1 gr. ó 0.1 % de la carga de prueba. Picnómetro: Un frasco con un volumen que permita un 50 % de espacio libre después de haber colocado la muestra de árido fino dentro de él. Matraz: En el procedimiento volumétrico se utiliza un matraz o frasco Le Chatelier de acuerdo con la norma ASTM C188, para una muestra de aproximadamente 55 gr. [email protected] 3 Molde y compactador: Para la prueba de humedad superficial se requiere un molde de metal (espesor 0,8mm) de forma troncocónica con las siguientes dimensiones: d = 40 ± 3mm D = 90 ± 3mm h = 75 ± 3mm El compactador metálico deberá tener una masa de 340 ± 15 gramos y una cara plana de compactación de sección circular con 25 ± 3mm de diámetro. Horno: Suficientemente grande y temperatura uniforme de 110 ± 5 °C. que [email protected] pueda mantener una 4 Muestra: 1. Obtenga la muestra de acuerdo con la norma ASTM D75 y reducirla usando los procedimientos de ASTM C702 hasta obtener un tamaño de aproximadamente 1 kg. 2. Secar la muestra a una temperatura de 110 ± 5°C hasta conseguir una masa constante. Luego enfriar la muestra hasta que presente una temperatura confortable para su manipulación. Cubrir la muestra con agua, por inmersión o por adición de por lo menos un 6% de humedad y mantenerla así por 24 ± 4 horas MUESTRA SECA A MASA CONSTANTE MUESTRA CUBIERTA CON AGUA [email protected] 5 3. Decantar el exceso de agua con cuidado para evitar pérdida de finos. Extender la muestra sobre una superficie plana no absorbente y someterla a la acción de una corriente suave de aire caliente. Mezclar frecuentemente para obtener una homogeneidad de secado. DECANTAR EL EXCESO DE AGUA SECADO POR CORRIENTE DE AIRE CALIENTE. 4. Continuar esta operación hasta que las partículas del árido fino no se adhieran marcadamente entre sí. Continúe secando hasta que la prueba indique que el espécimen ha alcanzado una condición saturada superficialmente seca. En caso de que la muestra se haya secado demasiado se debe saturar nuevamente con agua durante 30 minutos y se debe repetir el ensayo. [email protected] 6 5. Ensayo de humedad superficial: Sujete el molde firmemente sobre una superficie lisa no absorbente con el diámetro mayor abajo. Coloque una porción de árido fino (parcialmente secado) sin apretarlo en el molde, hasta llenarlo. Suavemente apisone el árido fino dentro del molde con 25 caídas del pisón metálico. Comenzar a compactar aproximadamente 5 mm por encima de la superficie del árido fino. Limpiar el arena de la base del cono y alzar el molde verticalmente. Si todavía hay humedad superficial presente, el árido fino retendrá la forma del molde, si la muestra se disgrega levemente se obtendrá la condición saturada superficialmente seca. [email protected] 7 Procedimiento gravimétrico (picnómetro): 1. Llenar parcialmente el picnómetro con agua. Introducir dentro del picnómetro 500±10 gr de muestra en estado saturado superficialmente seco (preparado de acuerdo al procedimiento anterior) y complete el llenado del picnómetro con agua adicional hasta aproximadamente el 90% de su capacidad. 2. Ruede e invierta el picnómetro agitándolo manualmente para eliminar todas las burbujas de aire. Usualmente se requiere de 15 a 20 minutos en procesos manuales para eliminar las burbujas de aire. En muchas ocasiones se produce espuma que puede ser eliminada mediante toallas de papel o alcohol isopropilico. 3. Después de eliminar todas las burbujas de aire, ajuste la temperatura del picnómetro y su contenido a 23 ± 2°C. Llene el picnómetro con agua hasta su marca de calibración. [email protected] 8 4. Determinar la masa total del picnómetro, el espécimen y el agua. 5. Retire el árido fino del picnómetro, seque la muestre al horno hasta masa constante a una temperatura de 110 ± 5°C, deje enfriar en un cuarto ventilado por 1 ± 1/2 horas y determine la masa. 6. Determine la masa del picnómetro lleno de agua a 23 ± 2°C hasta su capacidad calibrada. [email protected] MASA DEL PICNOMETRO LLENO DE AGUA 9 Procedimiento volumétrico (matraz o frasco Le Chatelier): 1. Llene el matraz inicialmente con agua hasta la marca entre 0 y 1 mL. Registre esta lectura inicial con el matraz y su contenido a una temperatura dentro de 23 ± 2°C. Añada 55 ± 5 g de árido fino en condición saturado superficialmente seco (u otra cantidad medida según sea necesario). LLENADO INICIAL DEL MATRAZ COLOCACIÓN DE LA MUESTRA EN EL MATRAZ [email protected] 10 2. Introduzca todo el árido fino en el matraz, coloque el tapón y ruede el matraz en una posición inclinada para de esta manera eliminar todo el aire atrapado. Registre la lectura final con el matraz y su contenido dentro de 1°C de la temperatura original. 3. Para determinar la absorción, use y separe 500 ± 10 g. de la porción de la muestra saturada superficialmente seca del árido fino, seque hasta masa constante y determine la masa seca. DETERMINACION DE LA MASA DEL MATRAZ CON SU CONTENIDO [email protected] 11 Cálculos matemáticos: Procedimiento gravimétrico. 𝐴 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝐻) = 𝐵+𝑆−𝐶 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝑆𝑆) = 𝑆 𝐵+𝑆−𝐶 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 = 𝐴 𝐵+𝐴−𝐶 A = Masa de la muestra seca al horno, gr. B = Masa del picnómetro más lleno con agua hasta la marca de calibración, gr. C = Masa del picnómetro lleno con la muestra y agua hasta la marca de calibración, gr. S = Masa de la muestra en estado saturado superficialmente seco, gr. [email protected] 12 Procedimiento volumétrico. 𝐴 𝑆1 𝑆 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝐻) = 0,9975 𝑅2 − 𝑅1 𝑆1 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝑆𝑆) = 0,9975 𝑅2 − 𝑅1 𝐴 𝑆1 𝑆 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0,9975 𝑅2 − 𝑅1 − 𝑆1 𝑆 𝑆−𝐴 R1 = Lectura inicial del nivel de agua en el matraz, mL R2 = Lectura final del agua en el matraz, mL S = Masa de la muestra en estado saturado superficialmente seco (usada en el procedimiento gravimétrico para la densidad y la densidad relativa o para determinar la absorción con ambos procedimientos), gr S1 = Masa de la muestra en condición saturado superficialmente seco (usada en el procedimiento volumétrico para la densidad y la densidad relativa), gr [email protected] 13 En ambos métodos para calcular la densidad únicamente se multiplica la densidad relativa por la densidad del agua a 23°C que es 997,5 kg/m3. Así mismo, la absorción se determina de la siguiente manera: 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛, % = 𝑆−𝐴 𝐴 × 100 Reporte: Los resultados de densidad deben reportarse con aproximación de 10 kg/m3. La densidad relativa se reporta con una aproximación de 0,01 indicando la condición del árido: seco al horno (SH), saturado superficialmente seco (SSS) o aparente. Reportar los resultados de la absorción con aproximación al 0,1%. [email protected] 14 Fuentes de Consulta. • ASTM C 128-04, Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Fine Aggregate. • Valarezo M., Román J., Técnico en Ensayos de Agregados-Nivel I, Editorial UTPL, 2009. • NTE INEN 856:2010 Áridos. Determinación de la Densidad, Densidad Relativa (Gravedad Especifica) y Absorción del Árido Fino. [email protected] 15
