Caracterización de materiales - Laboratorio Materiales de Construcción

2016-1 “CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES” LABORATORIO – MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

“EFECTO DE LA SÍLICE EN LA COMPOSICIÓN DEL CEMENTO SOBRE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN”.

GEOLOGÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES” AUTORES:     

MEDINA TORRES, Din Enaí.

SERNAQUÉ CABRERA, Lino Aníbal.

SILVA NAVARRO, Elías Enrique.

VÁZQUEZ DÍAZ, Alex Leonardo.

VILLANUEVA QUISPE, Kenhy Jhoel.

CURSO:  MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DOCENTE:  Ing. Iván Eugenio Vásquez Alfaro.

TRUJILLO, PERÚ – 2016

INGENIERÍA CIVIL

1. TÍTULO: “Caracterización de materiales” 2. OBJETIVOS:  Determinar la absorción, porosidad y densidad de los materiales cerámicos, bajo la norma: NTP 331.018-1978.  Determinar el peso unitario del agregado grueso (piedra) y agregado fino (arena), bajo la norma: NTP 400.017-1999.

 Evaluar el límite plástico de suelo bajo las normas: NTP 339.129-1999 y NTP 339.127-1998.

3. PROCESO EXPERIMENTAL: 3.1.

DETERMINACIÓN

DE

LA

ABSORCIÓN,

POROSIDAD

Y

DENSIDAD DE LOS MATERIALES CERÁMICOS: 3.1.1. Procedimiento: Para determinar estas tres propiedades físicas, se nombrará de manera anticipada 03 parámetros de caracterización, que son: 

D = Peso seco.



M = Peso saturado.



S = Peso sumergido.

Paso 01: Elección de una muestra de 08 materiales, los que servirán para determinar las propiedades ya mencionadas.

Tabla N° 01: Materiales cerámicos.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Material

Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

Paso 02: Se procedió a determinar el peso seco (D) de la muestra de los materiales utilizando una balanza digital con capacidad no menor a 2 kg y que permita efectuar pesadas con una precisión de 0.5 g. Teniendo en cuenta la norma ASTM C 127 – 01. [1]. La cual, indica que la muestra no debe ser menor a 50 g. Se obtuvo los siguientes datos.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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INGENIERÍA CIVIL Tabla N° 02: Peso seco de la muestra de los materiales.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Material Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

D (gramos) 96.28 228.83 93.21 63.10 75.74 98.70 59.70 78.74

Paso 03: Se coloca las 8 muestras dentro de una probeta o contenedor metálico y agregamos agua destilada hasta cubrirlas aproximadamente ¼ más arriba de la altura de las muestras. Ver fig. (2) Paso 04: Se ubica el recipiente con las muestras más agua sobre una estufa eléctrica y se deja por un tiempo aproximado de 30 minutos (En nuestro caso). Según estudios en ensayos realizados por la Universidad de Oviedo, determinó que el tiempo para la saturación de materiales por el método de la probeta por inmersión progresiva en agua a ebullición debe ser como mínimo 2 horas y como máximo 5. [2].

Paso 05: Pasado los 30 minutos se retira la muestra del recipiente secando el agua superficial con un trapo húmedo. Según la NTP, “para obtener el peso saturado (M) los especímenes deben pesarse dentro de los 5 min a partir del instante en que se extraen del recipiente”. [3].

Tabla N° 03: Peso saturado de la muestra de los materiales.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Material Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

M (gramos) 102.32 260.45 93.30 65.83 76.00 103.02 68.30 78.80

Pág. 2

INGENIERÍA CIVIL Paso 06: Para obtener el peso sumergido (S). Se pesa las muestras en el circuito de Arquímedes, equilibrando previamente la balanza con la canastilla sumergida. El circuito de Arquímedes está constituido por una canastilla metálica que se encuentra sumergida en un recipiente con agua y una balanza digital con capacidad no menor a 2 kg que permita efectuar pesadas con una precisión de 0.5 g. Se obtuvo los siguientes datos:

Tabla N° 04: Peso sumergido de la muestra de los materiales.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Material Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

S (gramos) 62.00 159.35 54.50 38.50 41.00 61.50 37.00 48.00

Determinación de la absorción (%) de los materiales seleccionados.

Paso 07: Determinar la absorción de los materiales haciendo uso de la fórmula 01: Tabla N° 05: Determinación de la absorción de los materiales.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Material Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

Absorción (%) 6.273 13.818 0.097 4.326 0.343 4.377 14.405 0.076

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INGENIERÍA CIVIL Determinación de la porosidad (%) de los materiales seleccionados.

Paso 08: Determinar la porosidad de los materiales haciendo uso de la fórmula 02: Tabla N° 06: Determinación de la porosidad de los materiales.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Material

Porosidad (%)

Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

14.980 31.276 0.232 9.989 0.743 10.405 27.476 0.195

Determinación de la densidad (𝒈/𝒄𝒎𝟑 ).

Paso 09: Determinar la densidad de los materiales haciendo uso de la fórmula 03:

Tabla N° 07: Determinación de la densidad de los materiales.

N° 1 2 3 4 5 6 7 8 3.2.

Material

Densidad (g/cm3)

Ladrillo King Kong 18 huecos.

Ladrillo Pastelero.

Porcelanato.

Mayólica.

Piedra artificial para revestimiento.

Concreto.

Teja de arcilla cocida.

Vidrio.

2.388 2.263 2.402 2.309 2.164 2.377 1.907 2.556

Determinación del peso unitario de grava y arena.

3.2.1. Procedimiento: Paso 01: Tomar las medidas del contenedor de base circular en el que se va colocar las muestras de grava y arena. Las medidas se efectúan utilizando una regla metálica milimetrada de 30*30 y para determinar el volumen del contenedor usa la fórmula 04.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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INGENIERÍA CIVIL Paso 02: Procedemos a pesar el recipiente vacío (T) utilizando una balanza digital con capacidad de 1000 kg que permite efectuar pesadas con una precisión de 0.5 g.

Para material (grava o arena) sin compactar (PUSS).

Paso 03: Llenar el recipiente con la de muestra (G) sea de arena o piedra, nivelarlo y luego pesar este contenedor con muestra sin compactar.

Para material (grava o arena) compactado (PSUC).

Paso 04: El procedimiento para este caso es que se debe llenar la muestra el recipiente en 3 capas y a cada capa de llenado se le debe chusear con una barra de acero liso de 60 cm 25 veces en forma de espiral desde afuera hacia adentro y con la ayuda del martillo de goma golpear 15 veces al rededor del recipiente para así lograr compactar bien el material. Al compactar la primera capa, se procura que la barra no golpee el fondo con fuerza. Al compactar las últimas dos capas, sólo se emplea la fuerza suficiente para que la barra compactadora penetre la última capa de agregado colocada en el recipiente finalmente llenadas las 3 capas se procede a nivelar la muestra.

Paso 05: Pesar el recipiente con la muestra (G) sea de grava o arena compactada.

Paso 06: Determinar el peso unitario de grava y arena haciendo uso de la fórmula 05.

Tabla N° 07: Determinación del peso unitario de grava y piedra.

Arena Piedra Volumen (m3) G. G. G. Suelto G. Suelto d = 0.255 m T (kg) Compactado Compactado (kg) (kg) h = 0.280 m (kg) (kg)

3.3.

5.318

30.036

32.082

27.614

30.850

Peso unitario (kg/m3)

1728.568

1871.648

1559.194

1785.492

0.0142997

Determinación del límite plástico de un suelo.

Este ensayo consiste en determinar el porcentaje de humedad que contiene el suelo al momento que comienza a agrietarse cuando es amasado.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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INGENIERÍA CIVIL 3.3.1. Procedimiento: Paso 01: Se prepara el suelo con 100 g agua destilada hasta obtener una mezcla que se haga como una plastilina y formar tres esferas con este material.

Paso 02: Rodar las tres esferas en el suelo hasta formar listones de aproximadamente 10 cm de largo y 3 mm de diámetro, colocar la mano sobre este para acelerar el secado y logar que se quiebren.

Paso 03: Pesar una lata pequeña vacía (A) en la que se colocara los fragmentos de los listones Paso 04: Los listones quebrados, se deben colocar en una lata pequeña para proceder a pesar. Este peso será el de la lata más muestra húmeda (B).

Paso 05: Para obtener el peso de la lata más muestra seca (C), se coloca los especímenes en una estufa a temperatura entre 110°C y 115°C por un tiempo de 24 horas y se pesan luego de enfriarlos a temperatura ambiente.

En nuestro caso, el tiempo estimado para el proceso de secado de la muestra en la estufa fue de 10 minutos.

De los pasos 03 al 05 se tiene los siguientes datos.

A =Peso del recipiente Vacío (g) B =Peso del recipiente con Muestra Húmeda (g) C =Peso del recipiente con Muestra Seca (g)

27.61 29.93 29.39

Paso 06: Determinar el límite plástico haciendo uso de la fórmula 06.

Teniendo como resultado lo siguiente: % W = Límite plástico =

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

30.337 %

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INGENIERÍA CIVIL

4. RESULTADOS Y DISCUCIÓN: A continuación se presentan los resultados obtenidos a partir de los ensayos realizados:

Gráfico 01: Determinación de la absorción de los materiales.

ABSORCIÓN DE MATERIALES 16

Absorción (%)

14 12 10 8 6 4 2 0 Series1

1 6.273

2 13.818

3 0.097

4 4.326

5 0.343

6 4.377

7 14.405

8 0.076

N° de Material

–

De acuerdo al grafico 01 el material con mayor % de absorción es el de la teja de arcilla cocida con un 14.405%, Este valor es debido a las condiciones climáticas, pues en estos días en la ciudad de Trujillo se registran temperaturas entre 17°C a 19°C. Además se sabe por ensayos realizados en elementos de arcilla cocida por Mercedes Suárez & Emilia García (España), “La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua de los elementos hechos de arcillas absorbentes es alto respecto a su peso”. [4].

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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INGENIERÍA CIVIL Gráfico 02: Determinación de la porosidad de los materiales.

POROSIDAD DE MATERIALES 35

Porosidad (%)

30 25 20 15 10 5 0

1 2 3 4 5 6 7 8 Series1 14.980 31.276 0.232 9.989 0.743 10.405 27.476 0.195

N° de Material

– Relacionando los gráficos 01 y 02 para los valores de porosidad y absorción del ladrillo pastelero, es notable que esté material es bastante poroso (31.276%) en comparación con los demás pero que tiene una absorción de 13.818% y según la Universidad Nacional del Santa (Chimbote – Perú), “El ladrillo debe ser homogéneo y de forma regular. Siempre es preferible un ladrillo fabricado industrialmente a uno fabricado artesanalmente. Además, este debe ser algo poroso pero no absorber más del 15% de agua”. [5].

Gráfico 03: Determinación de la densidad de los materiales.

DENSIDAD DE MATERIALES Densidad (g/cm3)

3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

1 2 3 4 5 6 7 8 Series1 2.388 2.263 2.402 2.309 2.164 2.377 1.907 2.556 N° De Material

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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INGENIERÍA CIVIL –

En cuanto al gráfico de densidad de los materiales podemos observar que el vidrio es el que tiene la mayor densidad 2.556 g/cm3.

Tabla N° 08: Tipo de muestra (G) de agregado.

N° 1 2 3 4

Agregado Arena G - Suelto G - Compactado Grava G – Suelto G - Compactado

Gráfico 04: Determinación del Peso U. de la arena y grava.

Peso Unitario (kg/m3)

Peso Unitario de arena y grava 2000.000 1800.000 1600.000 1400.000 1200.000 1000.000 800.000 600.000 400.000 200.000 0.000 Series1

1 1728.568

2 1871.648

3 1559.194

4 1785.492

Agregados

–

En el grafico 04, se observa que el material que tiene mayor peso unitario es la muestra que ha sido compactada, debido a que al compactar, el material tiende acomodarse mejor.

Determinación del límite plástico.

–

El límite plástico es el contenido de humedad para el cual el suelo comienza a agrietarse cuando las bolas son amasadas en forma de cilindros de 3 mm de diámetro. Según Roland Stulz & Kiran Mukerji (Suiza, 1997), “Si la bola de suelo es dura de triturar, no se agrieta ni se desmenuza, tendrá un alto contenido de arcilla. El agrietamiento y desmenuzamiento muestran un bajo contenido de arcilla”. [7]

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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INGENIERÍA CIVIL –

El suelo utilizado para el ensayo tiene un límite plástico de 30.337%. Sowers (1979), citado por Apuntes Ingeniería Civil, indica que los suelos con un límite de plasticidad mayor a 30%, son suelos con alta plasticidad [8].

5. CONCLUSIONES:  Se Logró realizar 3 ensayos en los que pudimos evaluar la absorción, porosidad y la densidad de 8 materiales cerámicos, bajo la norma (NTP 331.018-1978), en los cuales se determinó que la teja de arcilla cocida y el ladrillo pastelero tienen mayor porcentaje de absorción con 14.405 % y 13.818%. De igual manera en el ensayo porosidad se determinó que el ladrillo pastelero y la Teja tienen un mayor porcentaje de Porosidad siendo de 31.276 % y 27.476% respectivamente. Así mismo, para el ensayo de densidad se determinó que el Vidrio y el Porcelanato cuentan con una mayor densidad a comparación de los demás materiales, siendo de 2.556 (g/cm3) y 2.402 (g/cm3) respectivamente.  Rescatando los valores para el vidrio en los gráficos 01 y 02 vemos que se cumple la relación de clasificación de los ensayos que indica que a menor porosidad y absorción mayor es la densidad.  Se logró evaluar el peso unitario del agregado grueso (grava) y agregado fino (arena), bajo la norma: (NTP 400.017-1999). Obteniendo como resultado que la muestra con arena compactada tiene mayor peso unitario (1881.648 kg/m3) que la grava (1785.492 kg/m3). Puesto que, tiene mayor distribución granulométrica. Cabe mencionar que el peso unitario es una propiedad física de gran importancia en la graduación de los agregados.

Pues nos permite conocer el grado de compactación de estos materiales.

 Se logró evaluar el límite plástico del suelo bajo las normas: (NTP 339.1291999 y NTP 339.127-1998). En donde se determinó que el límite plástico del suelo analizado fue de 30. 37 %, como tiene una plasticidad mayor a 30%, entonces se concluye que el suelo usado es altamente plástico. Por lo tanto, es apto para la realizar adobes u otro tipo de trabajo que requiera de esta propiedad.

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6. REFERENCIAS: [1]. Norma ASTM Designación C 127-01 (2003). Método de Ensayo Estándar para Densidad, Densidad Relativa (Gravedad Especifica), y Absorción del Agregado Grueso.

[En

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[2]. Universidad de Oviedo (s.f). Tema 2.- Propiedades generales de los materiales.

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http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TemaII.2.1.2.2.FISICAS.pdf

[3]. NORMA TÉCNICA PERUANA (NTP) - ITINTEC 331.018 (1978). ELEMENTOS DE ARCILLA COCIDA Ladrillos de Arcilla usados en Albañilería Requisitos. [En línea]

Recuperado

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http://www.ladrillositalperu.com/331_018.pdf

[4]. Mercedes, S. & Emilia, G. (s.f). Las arcillas: Propiedades y usos. [En línea] Recuperado

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http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/Arcillas.htm#capabs

[5]. Universidad Nacional del Santa (s.f). Unidades de albañilería. [En línea] Recuperado

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http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/publicacionez/ladrillos.pdf

[6]. NORMA TÉCNICA PERUANA – NTP 4000.17 (1999). AGREGADOS. Método de ensayo para determinar el peso unitario del agregado. [En línea] Recuperado el 21 de Abril de 2016, de http://www.monografias.com/trabajos-pdf/norma-tecnicaperuana-tres/norma-tecnica-peruana-tres.pdf

[7]. Roland, S. & Kiran, M. (1997) Tierra, suelo, laterita. [En línea] Recuperado el 22

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http://ces.iisc.ernet.in/energy/HC270799/HDL/spanish/sk01ms/sk01ms05.htm#Tier ra,%20suelo,%20laterita

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INGENIERÍA CIVIL

[8]. Apunte Ingeniería Civil. (s.f). Límites de Atterberg: Plasticidad. [En línea] Recuperado

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http://apuntesingenierocivil.blogspot.pe/2010/11/normal-0-false-false-false.html

[9]. NORMA E.050. - Reglamento Nacional de Edificaciones. (s.f). Suelos y Cimentaciones

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http://geo.vivienda.gob.pe/dnv/documentos/RNE/14.pdf

[10]. Universidad Nacional de San Agustín. (s.f). Mecánica de Suelos I: Determinación del Contenido de Humedad. [En Línea]. Recuperado el 22 de Abril del

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de

https://es.scribd.com/doc/101883907/DETERMINACION-DEL-

CONTENIDO-DE-HUMEDAD

7. ANEXOS:

Figura 01.

Muestras usadas en ensayos de absorción, porosidad y densidad.

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Figura 02.

Modo de llenado de muestra para ser saturada.

Figura 03.

Proceso de pesado de muestra a ensayar.

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Figura 04.

Circuito de Arquímedes.

Figura 05.

Proceso de pesado de muestra para obtener peso sumergido.

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Figura 06.

Recipiente con muestra (peso suelto).

Figura 07:

Chuseado - recipiente con muestra (Compactada).

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Figura 08.

Amasado de muestra para ensayo de límite plástico.

Figura 09.

Secado de muestra para ensayo de límite plástico.

8. APÉNDICE: 8.1.

Cálculos para determinar la absorción, porosidad y densidad en los materiales seleccionados.

8.1.1. Determinación de la absorción (%) de los materiales seleccionados. 

Fórmula 01:

M D  Abs (%)   *100   D 

Reemplazando los datos de las tablas 02 a 04 para cada uno de los materiales en la fórmula para la absorción se obtiene: Por ejemplo para el Ladrillo King Kong.

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Abs.(%) 

102.32  96.28 100

96.28 Abs.(%)  6.273 %

8.1.2. Determinación de la porosidad (%) de los materiales seleccionados.



M D  Porosidad .(%)   *100   M S 

Fórmula 02:

Reemplazando los datos de las tablas 02 a 04 para cada uno de los materiales en la fórmula para porosidad se obtiene: Por ejemplo para el ladrillo King Kong.

Porosidad.(%) 

102.32  96.28 100 102.32  62

Porosidad.(%)  14.980% 8.1.3. Determinación

de

la

densidad

(g/cm3)

para

los

materiales

seleccionados. 

Fórmula 03:

 D  3 Densiad    g / cm M  S  

Reemplazando los datos de las tablas 02 a 04 para cada uno de los materiales en la fórmula para la densidad se obtiene: Por ejemplo para el ladrillo King Kong.

Densidad 

102.32  100 102.32  62

Densidad  2.388 g / cm 3 8.2.

Cálculos para determinar el peso unitario del agregado (arena y grava).



Formula 04:

 d 2  V  * h  4   

Donde: d = El diámetro interno promedio del recipiente. h = La altura promedio del recipiente.

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

G T  P.U     V 

Fórmula 05:

Reemplazando los datos de cada una de las muestras en las fórmulas para la densidad y volumen se obtiene: Por ejemplo para el peso unitario de la arena compactada.

V

 0.2552

* 0.280 4 V  0.0142997 m 3 P.U 

32.082  5.318

0.0142997 P.U  1871.648 kg / m 3 8.3.

Cálculos para determinar el límite plástico de un suelo. 

Fórmula 06:

 B C  %W  LímitePlástico   *100  C  A 

Reemplazando los datos obtenidos en la fórmula para el límite plástico. Se obtiene el siguiente resultado.

A: Peso del recipiente Vacío (g) = 27.61 B: Peso del recipiente con Muestra Húmeda (g) = 29.93 C: Peso del recipiente con Muestra Seca (g) = 29.39

%W  Limite plástico 

29.93  29.39  100 29.39  27.61

%W  Limite plástico  30.337%

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