INTRODUCCIÓN Desde la aparición del cemento en el mercado de la construcción y el inicio del estudio de sus propiedades, se han encontrado grandes soluciones que han permitido desarrollar materiales de empleo en obras civiles, tal como el hormigón que hoy en día es primordial en la edificación o planificación de un proyecto de ingeniería civil primordialmente. Es considerable destacar la función que cumplen algunas características en el cemento como: la densidad del mismo, que puede generar un cambio o una manifestación de gran impacto en las características que presenta el mismo para un mejor desenvolvimiento según el uso que se le vaya a dar al material expuesto.
Cemento: El cemento portland se produce quemando en un horno rotatorio, casi hasta el punto de fusión, una mixtura debidamente proporcionada, cuyos componentes esenciales son la cal y el barro. El producto horneado, conocido como “Clinker”, se pulveriza después con una pequeña cantidad de yeso, hasta un grado de finura deseado. La función del yeso es retardar el tiempo de fraguado, ya que sin el yeso el cemento fraguaría en forma instantánea. Para un cemento ordinario un análisis del óxido indica que el contenido de CaO es de aproximadamente 64%, el contenido de SiO₂ de alrededor de 22% y el contenido de Al₂O₃ de más o menos un valor del 5%. Durante el quemado de las materias primas, éstas reaccionan para formar cuatro compuestos complejos. Estos compuestos con sus designaciones abreviadas comunes y sus porcentajes aproximados en un cemento normal (Tipo I), son el silicato tricálcico (C₃S), 45%; el silicato bicálcico (C₂S), 27%; el aluminato tricálcico (C₃A), 11%; el aluminoferro-tetracálcico aluminoferro-tetracálcico (C₄AF), 8%. En total hay cinco tipos de cemento portland; difieren principalmente en sus elementos componentes, componentes, pero también en su finura. Tipo I: Para uso en construcción general de concreto cuando las propiedades especiales especificadas para los otro cuatro tipos no son requeridas. Tipo II: Para uso en la construcción general de concreto expuesto a acción sulfatante, moderada, o cuando se requiere calor de hidratación moderado. Tipo III: Para uso cuando se requiere una alta resistencia inicial. Tipo IV: Para uso cuando se requiere bajo calor de hidratación.
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Tipo V: Para uso cuando se requiere una alta resistencia a la sulfatación.
Densidad del Cemento: La densidad del cemento desempeña un papel significativo en su producción y funcionamiento. Generalmente el peso específico del cemento Portland es de aproximadamente 3.15. El cemento Portland de escoria de alto horno y los cementos PortlandPuzolana pueden tener valores de pesos específicos de aproximadamente 2.90. El peso específico de un cemento, determinado con la norma ASTM C188 no es indicador de la calidad del cemento; su uso principal se tiene en los cálculos que determinan la proporción a utilizarse en las mezclas. Para la correcta distribución de proporciones en la mezcla, puede ser más útil expresar la densidad como densidad relativa, también llamada de gravedad específica o densidad absoluta. La densidad relativa es un número adimensional determinado por la división de la densidad del cemento por la densidad del agua a 4°C, la cual es 1.0 g/cm3, 1000 kg/m3 o 62.4 lb/pies3 Se supone la densidad relativa del cemento portland, siendo su valor aproximadamente 3.15, para su uso en los cálculos volumétricos en base a la proporción de la mezcla de concreto. Como las proporciones de la mezcla traen las cantidades de los ingredientes del concreto en kilogramos o libras, se debe multiplicar la densidad relativa por la densidad del agua a 4°C, establecida como 1000 kg/m3 (62.4 lb/pies3), para la determinación de la densidad o el peso específico de las partículas de cemento en kg/m3 o lb/pies3. En los Estados Unidos un saco de cemento Portland pesa 94 libras o 42.638 kg y tiene un volumen de aproximadamente 1 pie cúbico cuando acaba de ser empacado. En México el cemento a granel se mide en toneladas métricas y los sacos de cemento tienen un peso de 50 kg. El peso del cemento de albañilería va impreso en el saco. La densidad real del cemento Portland a granel puede variar considerablemente, dependiendo de su manejo y almacenamiento. Un cemento Portland demasiado suelto puede pesar únicamente 833 kg/m3, mientras que si se compacta por vibración, el mismo cemento puede llegar a pesar 1,650 kg/m3. Por este motivo, la práctica correcta consiste en pesar el cemento a granel para cada mezcla de concreto que se vaya a producir.
BIBLIOGRAFÍA:
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http://www.quantachrome.com/materials_applications/Cement_density_spanis h.htm Libro de Texto: Ensaye e Inspección de los Materiales de Ingeniería, Pág. 511.
OBJETIVOS Objetivos Generales:
Determinar mediante el empleo del método del Picnómetro y el Frasco de Le Chatelier: la densidad absoluta que tiene la muestra de cemento sugerido para el grupo de trabajo siendo la misma:
Cemento Holcim - Tipo: GU.
Observar cuál de los 2 métodos empleados para el respectivo cálculo de la densidad absoluta es más preciso al realizar las respectivas operaciones matemáticas sugeridas en clase, considerando una comparación con el valor real de la densidad según el tipo de cemento utilizado.
Objetivos Específicos:
Comparar los resultados de las densidades absolutas obtenidas por cada uno de los 4 grupos, según el tipo de cemento utilizado y las mezclas realizadas, para deducir cuál de los mismos presenta mayor resistencia. Observar cuál de los 4 grupos, obtuvo el menor error, utilizando los métodos empleados para el respectivo cálculo de la densidad absoluta requerida en la práctica realizada, mediante la comparación de los datos obtenidos.
Norma Inen correspondiente al Ensayo a realizarse: INEN 156:2009 Segunda Revisión Cemento Hidráulico. Determinación de la Densidad. (Esta norma establece el método de ensayo para determinar la densidad del cemento hidráulico, mediante el método del frasco volumétrico de Le Chatelier). 3
MATERIALES Y EQUIPO Materiales:
Cemento Holcim Tipo: GU
Gasolina
Agua
Equipo:
Balanza Electrónica = +/- 0.1 gr.
Picnómetro.
Frasco de Le Chatelier A= +/- 0.1 mL.
Embudo.
Papel Absorbente.
Pipeta.
Espátula.
Probeta Graduada 500 mL.
Bandeja (lugar en el que se colocó la muestra de cemento)
ESQUEMA DE LA PRÁCTICA
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PROCEDIMIENTO Densidad Absoluta: Método del Picnómetro 1. Se procedió a limpiar correctamente el picnómetro con el papel absorbente ya mencionado en el equipo a utilizarse durante la práctica, procediendo luego de esto a pesarlo en la balanza electrónica.
2. Se
colocó en el picnómetro: 500 cm³ de gasolina, procediendo posteriormente a realizar el respectivo pesaje para determinar la masa del mencionado picnómetro más el fluido mencionado.
3. Se retiró la gasolina del picnómetro, colocando la misma en la probeta graduada para su posterior uso, procediendo así a limpiar nuevamente el picnómetro hasta que quede total o parcialmente (si el caso lo amerita), libre del líquido utilizado dentro del mismo.
4. Se colocó en el picnómetro: 200 gramos aproximadamente de cemento Holcim Tipo: GU, para posteriormente realizar el correspondiente pesaje en la balanza electrónica.
5. Sucesivamente se adhirió gasolina al cemento colocado dentro del picnómetro, hasta llegar a la graduación de 500 mL que se puede apreciar en el mismo, procediendo así nuevamente a realizar el correspondiente pesaje.
6. Finalmente se registró los datos obtenidos tras cada pesaje en la hoja entregada al inició de la práctica para su posterior tabulación en el presente informe posteriormente.
Nota: La correspondiente limpieza de los equipos se realizó al finalizar el ensayo mediante el empleo del frasco de Le Chatelier, por lo que se expondrá dicho suceso de la práctica al finalizar el siguiente método a describirse y no en el presente establecido.
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Densidad Absoluta: Método del Frasco de Le Chatelier 1. Se procedió a limpiar correctamente el Frasco de Le Chatelier con el papel absorbente ya mencionado en el equipo a utilizarse durante la práctica.
2. Se colocó en el Frasco de Le Chatelier: gasolina, cumpliendo con la regulación de la norma inen ya expuesta, que indica que debe el volumen estar entre 0 a 1 mL, según la graduación que se puede apreciar en el frasco de Le Chatelier y cuya imagen quedará expuesta en los anexos correspondientes al presente informe. Tomando así lectura del dato obtenido que para nuestro caso fue de 0.9 mL, siendo el mismo el correspondiente volumen inicial (vo), para el posterior análisis de la densidad en el presente informe.
3. Se procedió a pesar el Frasco de Le Chatelier con el contenido de gasolina expuesto en el anterior paso, siendo el dato obtenido, la correspondiente masa inicial (mo), para el posterior análisis de la densidad requerida en el presente informe.
4. Posteriormente se colocó aproximadamente 64 gramos (g) de cemento Holcim tipo: GU, dentro del frasco de Le Chatelier con el contenido de gasolina ya expuesto, volviendo así, a dar lectura del volumen y la masa obtenidas (volumen final (vf) y masa final (mf)), para su posterior análisis en el presente informe.
5. Se registró los datos obtenidos tras cada pesaje en la hoja entregada al inició de la práctica para su posterior tabulación en el presente informe posteriormente.
6. Finalmente se procedió a realizar la respectiva limpieza de todos los equipos utilizados para su posterior entrega al correspondiente ayudante de cátedra, con los datos obtenidos por el grupo, durante la realización de la práctica. 6
CUADROS DE DATOS OBTENIDOS TABLA N˚ 1:
Densidad Absoluta del Cemento por medio de: Método del
Picnómetro
Marca del Cemento: Holcim Tipo: GU 1
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5
Nº
Materiales
Simbología
Lecturas obtenidas
Unidades
1
Masa del Picnómetro vacío
A
173.7
g
B
307.6
g
C
642.5
g
D
545.8
g
2 3 4
Masa del Picnómetro + Cemento Masa del Picnómetro + Cemento + Gasolina Masa del Picnómetro + 500 cm³ de Gasolina
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Masa del Cemento (B-A)
Mc
133.9
g
6
Volumen del Líquido Desplazado
VG
49.99
cm3
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Densidad del Cemento
δ
2,68
g/cm3
TABLA N˚ 2 : Densidad Absoluta del Cemento por medio de:
Método del Frasco
de Le Chatelier
Marca del Cemento: Holcim Tipo: GU 1
2
3
4
5
Nº
Materiales
Simbología
Lecturas obtenidas
Unidades
7
1
Masa del Frasco de Le Chatelier + Gasolina
Mo
325.3
g
2
Lectura del Volumen Inicial
Vo
0.9
mL
3
Masa del Frasco de Le Chatelier + Gasolina + Cemento
Mf
389.9
g
4
Lectura del Volumen Final
Vf
24.9
mL
5
Densidad del Cemento
δ
2.69
g/ml
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CÁLCULOS TÍPICOS CÁLCULOS REALIZADOS: DENSIDAD DEL CEMENTO POR MEDIO DE: MÉTODO DEL PICNÓMETRO: Datos: A = Masa del picnómetro vacío = 173.7 g. B = Masa del picnómetro + Cemento = 307.6 g. C = Masa del picnómetro + Cemento + Gasolina = 642.5 g. D = Masa del picnómetro + 500 cm³ de gasolina = 545.8 g.
FÓRMULAS:
Masa del Cemento
Volumen del Líquido Desplazado
Densidad del Cemento
()() ()
CÁLCULOS: Masa del Cemento:
( )
Volumen del Líquido Desplazado:
( ) ( ) ()
( ) ( ) ()
Densidad del Cemento:
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CÁLCULOS REALIZADOS: DENSIDAD DEL CEMENTO POR MEDIO DE: MÉTODO DEL FRASCO DE LE CHATELIER: Datos: Mo = Masa Inicial = Masa del Frasco de Le Chatelier + Gasolina = 325.3 g. Vo = Volumen Inicial = Lectura del Volumen Inicial = 0.9 mL. Mf = Masa Final = Masa del Frasco de Le Chatelier + Gasolina + Cemento = 389.9 g.
Vf = Volumen Final = Lectura del Volumen Final = 24.9 mL.
FÓRMULA: Densidad del Cemento
CÁLCULOS:
Densidad del Cemento:
( ) ( )
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones de la Práctica:
Se determinó, la densidad del cemento mediante el método del picnómetro y el frasco de Le Chatelier, siendo los valores obtenidos:
DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO Marca del Cemento: Holcim Tipo: GU
g/cm³
g/cm³
Picnómetro
Frasco de Le Chatelier
δ = 2,68
δ = 2,69
Se comprobó que el método más eficaz para el cálculo de la densidad absoluta del cemento, es el presentado por el frasco de Le Chatelier, ya que el proceso para la obtención de datos en el mismo es menos complicado, obteniendo así: valores que podemos asumir directamente para el cálculo previsto. Al observar los valores obtenidos para la densidad del cemento utilizado por el grupo para la práctica ya expuesta, podemos deducir que no existió un error significante entre los datos obtenidos con el método del picnómetro y el frasco de Le Chatelier. Se comparó los valores obtenidos con los valores de las densidades en las que regularmente oscila la densidad del cemento: COMPARACIÓN DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO
Marca del Cemento: Holcim Tipo: GU
VALORES DE DENSIDAD DEL CEMENTO
g/cm³
g/cm³
g/cm³
Picnómetro
Frasco de Le Chatelier
Densidad del Cemento - Oscila entre los valores de:
δ = 2,68
δ = 2,69
δ = 2,70 - 3.00
Obteniendo del análisis del cuadro expresado, que el valor encontrado por el grupo de trabajo para la densidad del cemento, se aproxima bastante a 2.70 g/cm³, siendo el error tolerable para la práctica realizada. 11
GRUPOS
Cabe recalcar como nota importante que la práctica se realizó con un líquido no reactivo (en nuestro caso: la gasolina), debido a que si se utilizaba agua, esta hubiera producido que las partículas de cemento se hidraten rápidamente, afectando las lecturas que procedentemente nos ayudarían a determinar la densidad del cemento en los cálculos ya expuestos. Se recopiló los valores de las densidades obtenidas por cada grupo, para su posterior exposición en el siguiente cuadro comparativo:
MARCA DE CEMENTO
Grupo #1 Chimborazo Grupo #2 Chimborazo + Lafarge + Holcim Grupo #3 Holcim Tipo: GU Grupo #4 Lafarge Tipo: IP
VALOR DE LA DENSIDAD ABSOLUTA OBTENIDA PICN METRO FRASCO DE LE CHATELIER g/ cm³ g/ cm³ 2.84 2.81 2.84 2.82 2.68 2.69 2.78 3.06
Como se puede observar el Grupo #1 y el Grupo #2 obtuvieron valores semejantes en la densidad obtenida mediante e picnómetro, mientras que por el método del frasco de Le Chatelier difieren por una décima en el valor obtenido. El Grupo #3 y el Grupo #4 difieren en los resultados expuestos por el Grupo #1 y Grupo #2 siendo los valores de las densidades obtenidas mediante el picnómetro: 2.68 y 2.78 respectivamente variando con 10 décimas en el resultado obtenido entre los dos valores expresados. Mientras que mediante el empleo del método del Frasco de Le Chatelier, el Grupo #4 expresa un valor que difiere bastante con el sugerido por el picnómetro, sugiriendo que posiblemente existió un error en el proceso llevado a cabo para uno de los 2 métodos mencionados con anterioridad.
Conclusiones aplicadas a la Ingeniería Civil:
Podemos observar que en la vida profesional conocer la densidad del cemento es muy importante ya que nos permite conocer las proporciones de cómo deben ser colocados los agregados (finos y gruesos), en una mezcla de concreto.
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También tiende a ser afectada la resistencia mecánica del concreto, ya que muy importante dentro del diseño, la proporción en que se utilizan los agregados para la obtención de la resistencia final.
Recomendaciones
Desarrollar durante el ensayo una explicación correcta que provea a los estudiantes con el conocimiento necesario para poder comprender el trabajo a realizarse según el tema que corresponda. Verificar que todo el equipo necesario para realizar la práctica se encuentre en condiciones apropiadas para la correcta realización de la misma. Limpiar correctamente el equipo utilizado después de cada proceso realizado según este expresado en las instrucciones entregadas, para evitar el arrastre de errores y obtener un resultado más certero. Al utilizar agua para la limpieza del equipo mencionado con anterioridad, usar la cantidad necesaria de papel absorbente para secar totalmente el picnómetro o frasco de Le Chatelier, evitando así que el agua reaccione con el cemento y perjudique al valor del cálculo pedido a ser realizado (en nuestro caso la densidad del cemento). Proceder a tomar medidas con precisión para evitar errores de cálculo al desarrollar el informe a presentarse. Es recomendable emplear los accesorios de seguridad necesarios tales como: guantes, mandil y mascarilla, para de esta manera prevenir algunos de los sucesos conflictivos para nuestra integridad física, que implica trabajar con el cemento. Es recomendable: para determinar la densidad del cemento, trabajar con gasolina pura; ya que esta contiene menos compuestos químicos, evitando así que se pueda afectar mayormente los cálculos previstos para el valor de la densidad solicitada. En particular se recomienda eliminar los vacíos que se presentan al colocar el cemento dentro del picnómetro o frasco de Le Chatelier con el 13
contenido de gasolina, para que los mismos no afecten los valores a los que procederemos a dar lectura y tabular correspondiente, para lo cual se debe hacer vibrar el frasco, permitiendo así que el aire tienda a subir hasta la superficie.
BIBLIOGRAFÍA:
Páginas Web: http://es.wikipedia.org/wiki/Cemento http://www.arqhys.com/blog/densidad-relativa-delcemento.html http://ingevil.blogspot.com/2008/10/determinacin-de-ladensidad-nominal-y.html http://es.scribd.com/doc/64937450/Densidad-DelCemento http://notasdeconcretos.blogspot.com/2011/04/pesoespecifico-densidad-y-densidad.html http://www.quantachrome.com/materials_applications/Ce ment_density_spanish.htm
Norma Inen 156:2009 Segunda Revisión Obtenida de la Página Web: https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0156.2009.pdf
Libro de Texto: Libro de Texto: Ensaye e Inspección de los Materiales de Ingeniería, Pág. 511.
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Biblioteca de Consulta: Biblioteca de Consulta: Microsoft Encarta 2004
ANEXOS FOTOGRAFÍAS DE LA PRÁCTICA
Método del Picnómetro
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Fotos Referentes al empleo del cemento y gasolina dentro del picnómetro con el fin de obtener los valores necesarios para el cálculo de la densidad deseada.
Método del Frasco de Le Chatelier
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Fotos Referentes al inicio de la práctica comprendida por el uso del Frasco de Le Chatelier, en el que después se introduciría la cantidad de cemento y gasolina ya expresadas en el procedimiento del informe.
IMAGEN DEL FRASCO DE LE CHATELIER CON SUS DEBIDAS DIMENSIONES
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BIBLIOGRAFÍA: ANEXO:
Página Web: Imagen obtenida de la NTE INEN 156:2009 Segunda Revisión https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0156.2009.pdf
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