PRACTICA N°5: “CONTRACCIÓN LINEAL Y VOLUMÉTRICA POR SECADO Y POR COCCIÓN DE UN

MATERIAL CERÁMICO (ASTM D 427)”

I. RESUMEN:El propósito de esta quinta práctica de laboratorio de materiales cerámicos es determinar la contracción lineal y volumétrica por secado y por cocción de un material cerámico hecho con diferentes porcentajes de caolín y sedimento. Para esto, se prepararon seis muestras de diferentes cantidades de materia prima para realizar la siguiente práctica. Luego las muestras se pesaron junto con los recipientes que también fueron pesados previamente y se colocaron en la estufa por un día, hasta que se consumiera toda el agua, finalmente fue llevado al horno para realizar la prueba de cocción.

II. OBJETIVOS:II.1. Determinar el porcentaje de contracción lineal y volumétrica por secado y

por cocción de una cerámica previamente conformada.II.2. Realizar la curva por secado en una estufa y por cocción en un horno.II.3. Comprender las relaciones existentes entre la contracción lineal y la

contracción volumétrica.

III. FUNDAMENTO TEORICO: La contracción es una técnica que tiene por finalidad dar forma a las piezas. Estas deben tener el grado de humedad adecuado para cada tipo de conformado. El polvo cerámico con la distribución granulométrica y forma adecuadas, así como propiamente consolidado, está listo para ser conformado en las formas requeridas. Se transforma el producto alimentado en un producto en verde que posee una forma, dimensiones y superficie controladas, así como una densidad y microestructura determinadas. Estas dos últimas características deben ser cuidadosamente controladas con el fin de obtener un producto final de calidad, ya que los defectos significativos introducidos durante el conformado, en general, no son eliminados durante la cocción. Los objetos cerámicos en muchos puntos diferentes en la secuencia de manufactura, mientras que la forma general de un objeto cerámico cambia un poco durante el procesamiento, la dimensión de una pieza terminada es casi siempre significativamente más pequeña que la dimensión de la pieza conformada. {4}

III.1. LÍMITES DE ATTERBERG: (CONTRACCIÓN)Un suelo fino que contenga en su mayor parte partículas compuestas de minerales de arcilla variará de volumen de acuerdo a su contenido de humedad, por lo tanto a medida que aumente el contenido de humedad también proporcionalmente aumentará su volumen.Los cambios de volumen con respecto al contenido de humedad obedecerán la trayectoria que se muestra, al cambio de volumen por pérdida de humedad se lo llama contracción del suelo.{3}

Figura 1: Se muestra la relación entre el contenido de humedad y el volumen del suelo.

III.2. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN (LC):El límite de contracción es un contenido de humedad específico que divide la consistencia sólida de la semisólida del suelo y establece el contenido de humedad máximo que el suelo tolera antes de sufrir cambios en su volumen, este límite será:

Donde:LC = Límite de contracción del suelo.w0 = Contenido de humedad del suelo en consistencia líquida.Dw = Cambio del contenido de humedad durante la contracción.

Puede determinarse el límite de contracción para suelos que tienen un tamaño de partículas que pasan el tamiz Nro. 40, para lo cual la muestra de suelo debe ser humedecida lo suficiente hasta que alcance una consistencia líquida, entonces se procede a determinar el contenido de humedad de una parte de la muestra suelo para ese estado que será: w0.La otra parte de la muestra es vaciada en un cilindro cerámico de tal forma que quede completamente lleno del suelo, este cilindro previamente es cubierto con un gel de petróleo (vaselina) para evitar que él suelo se adhiera a él. Como se muestra en la Figura 2(a).{3}

Figura 2: (a) Muestra de suelo en consistencia líquida. (b) Muestra de suelo sin contenido de humedad.

LC = w0 – Dw

Se deja secar al aire la muestra en el cilindro cerámico por 6 horas, luego debe completarse el secado del suelo en horno. La Figura 2(b) muestra que como resultado de la pérdida de humedad el suelo quedará reducido en volumen, se determina la masa de suelo para esta condición que será: MF.Para determinar el cambio del contenido de humedad primero deben determinarse el volumen inicial del suelo antes de perder humedad y después que ha perdido toda su humedad. El volumen inicial del suelo se determinará vaciando mercurio al cilindro cerámico vacío hasta que esté completamente lleno, conociendo la gravedad específica del mercurio y el peso que ocupa este en el cilindro, se determina el volumen que ocupa este que será: Vi.Para determinar el volumen final se introduce la muestra seca de suelo en el cilindro lleno de mercurio, la masa del mercurio que es desplazado por el suelo será: Md. {3}Entonces el volumen final del suelo (VF) será:

El cambio de contenido de humedad que experimenta el suelo durante la etapa de contracción, entre el contenido inicial y el contenido en el límite de contracción será:

El límite contracción proporciona indicios de la estructura de las partículas del suelo, puesto que una estructura dispersa suele producir un límite de contracción bajo y una estructura floculante origina un límite de contracción elevado (Whitlow, 1994).Casagrande sugiere que puede hacerse una estimación del límite de contracción con el gráfico de plasticidad. {3}

Figura 3: Estimación del límite de contracción con el gráfico de plasticidad (Das, 1998).

En la Figura 3 se muestra que la línea A y U interceptan en un punto de coordenadas: LL = – 43.5 y LP = – 46.5, determinando el índice de plasticidad y el límite líquido del suelo, estos pueden ser ubicados con un punto A en el gráfico de plasticidad, si se une con una línea el punto A con el punto de intersección de las líneas A y U, el punto que intercepte en el eje del límite líquido corresponderá al límite de contracción. {3}Como se ha visto el límite de contracción es el contenido de humedad al que un suelo pasa de consistencia dura (seco) a friable (húmedo),a continuación tenemos un gráfico del volumen del suelo vs contenido de agua.{2}

Figura 4: Estados de Consistencia y Contracción de un Suelo con Alto Contenido de Arcilla.

Durante el secado de una pieza conformada recientemente, que ellos se individuales en el artículo cerámico se atraen conjuntamente hasta toquen, resultando en una contracción por secado. La más grande cantidad de agua presente en la pieza conformada, será la más grande cantidad de contracción por secado. {2}

Además la contracción ocurre durante la operación de cocción dado que los poros son gradualmente reducidos o eliminados Esta es la contracción por cocción, es donde, se da la:

CONTRACCIÓN LINEAL:Determina el porcentaje de variación en la longitud de una muestra de suelo al disminuir su contenido de humedad desde el límite líquido hasta el límite de contracción, respecto de su longitud original. {5}

CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA :

Determina el porcentaje de variación en el volumen de una muestra de suelo al disminuir su contenido de humedad desde el límite líquido hasta el límite de contracción, respecto de su volumen original. {5}

Las dos son directamente relacionadas, desde que las dimensiones de la pieza cocida son aquellas de máxima importancia para las aplicaciones ambas cantidades, de contracción lineal por secado y contracción lineal por cocción deben ser conocidas y deben ser controladas de modo tal que la matriz o moldes de conformado pueden ser con la cantidad apropiada de sobredimensionamiento.{1}

Algo de confusión puede originarse en las contracciones reportadas, a menos que se tenga meticuloso cuidado para así mismo reportar las bases sobre la cual han sido realizados los cálculos. De este modo, si Lf es como una dimensión de la pieza conformada y Ld es la misma dimensión de la pieza seca sin cocción, el porcentaje de contracción lineal por secado en base a la pieza conformada está dado por:

Por otro lado, el porcentaje de contracción lineal por secado en base a la pieza secada está dado por:

El porcentaje de contracción volumétrica por secado está dado por:

Donde todos los volúmenes son volúmenes Bulk (global). Normalmente no existe confusión en las contracciones por cocción reportadas, puesto que ellos están basados tradicionalmente sobre las dimensiones de la pieza secada pero sin cocción Si LF representa la dimensión de la pieza cocida, el porcentaje de la contracción lineal por cocción está dado por:

El porcentaje de contracción volumétrica por cocción está dado por:

Notar que existe la siguiente relación muy útil, entre las dimensiones de la pieza conformada (antes del secado) y de la pieza cocida:

La forma más simple para determinar la concentración lineal es realizar una medición de las dimensiones antes y después de que ocurra la concentración. Algunas veces no es conveniente realizar mediciones de longitud, pero la sustitución de los volúmenes para el objeto puede ser fácilmente determinado. Relaciones geométricas muy simples existen entre las concentraciones volumétricas y las contracciones lineales. Para la contracción por secado:

Para la contracción por cocción:

IV. EQUIPOS,MATERIALES E INSTRUMENTOS:IV.1. Equipos: Balanza marca H.W.Kessel, serie FX-300, capacidad de 3200gr; precisión de 0.01gr. Cámara digital Horno mufla, que pueda mantener una temperatura continua de 445± 10°C ((833±

18°F) Estufa , debe mantener una temperatura continua de 110°C

IV.2. Materiales: Agua Sedimento Caolín Espátula

IV.3. Instrumentos: Moldes circulares de PVC Vernier digital 0.001 mm Recipiente

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

VI. RESULTADOS Y DISCUSION:VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

VII.1. CONCLUSIONES:

VII.1.1.

VIII. BIBLIOGRAFÍA:{1} http://www.mopc.gov.py/userfiles/files/suelos.pdf{2} http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/consistencia-del-suelo-limites-de_8151.html{3} http://apuntesingenierocivil.blogspot.pe/2010/11/normal-0-false-false-false_23.html{4} http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion6.SECADO.pdf{5}http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/patino_r_ca/capitulo2.pdf

IX. ANEXOS: