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ENSAYO N° 3
DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA DE AGREGADOS
1. INTRODUCCIÓN
La masa unitaria o peso volumétrico de los agregados, al igual que en los cementos,
es el peso de la cantidad necesaria de agregado que llena un recipiente de volumen
conocido. Físicamente es el volumen ocupado por el agregado y los vacíos entre sus
partículas.
Para agregados, tanto finos como gruesos, o las combinaciones de éstos, los métodos
para determinar los pesos volumétricos describen tres formas de llenar el recipiente:
varillado o picado, sacudido y por paladas. Los resultados dependen del procedimiento
utilizado en el llenado, pues varían con la compactación alcanzada.
La masa unitaria de un agregado debe ser conocida para seleccionar las proporciones
adecuadas en el diseño de mezclas de concreto.
2. OBJETIVOS
Determinar la masa unitaria suelta y compactada en agregados fiinos y
gruesos.
Establecer diferencia entre MUS y MUC de los agregados.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
3.1 Masa unitaria: (Peso volumétrico del árido). Masa de una unidad de volumen correspondiente al árido total, en el cual se incluye el volumen de las partículas individuales y el volumen de los vacíos entre las partículas. Expresada en kg/m³.
Dónde:
M = masa unitaria del agregado (kg/m³)
G = masa del agregado más el molde (kg)
T = masa del molde (kg)
V = volumen del molde (m³)
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3.2 Vacíos, en volumen unitario de árido: Espacio entre las partículas de una masa
de árido, no ocupado por la materia mineral sólida.
3.3 Masa seca: El agregado es considerado seco cuando se ha mantenido a una
temperatura de 110°C ±5 °C durante el tiempo necesario para lograr una masa
constante. Asimismo, el material es considerado seco cuando la diferencia entre
dos pesadas sucesivas es igual o menor que 0,1 % de la masa de material
3.4 Agregado Fino: Se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en
la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración
de las rocas. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas
con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm.
3.5 Agregado Grueso: Los agregados gruesos consisten en una grava o una
combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean
predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm.
Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió,
lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de
cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño.
El agregado grueso es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la
desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y
grava. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19
mm o el de 25 mm.
4. EQUIPOS Y MATERIAL EMPLEADO
4.1 Equipos
Cuarteador de muestras para árido fino y grueso
Horno: Capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 °C ± 5 °C.
Balanza: Tendrá una capacidad superior a la masa de la muestra más el
recipiente de pesaje y una precisión de 0,1% de la carga de ensayo en
cualquier punto dentro del rango de uso, con graduaciones de al menos 0,05
kg.
Varilla de compactación. Debe ser una varilla recta, lisa, de acero, de 16 mm
de diámetro y aproximadamente 600 mm de longitud, teniendo el extremo de
compactación o los dos extremos redondeados con punta semiesférica, cuyo
diámetro es de 16 mm.
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Molde. Recipiente cilíndrico de metal, preferiblemente provisto de asas.
Impermeable, con la parte superior y el fondo, rectos y uniformes.
Suficientemente rígido para mantener su forma bajo condiciones agresivas de
uso.
El molde debe tener una altura aproximadamente igual a su diámetro, pero en
ningún caso la altura debe ser menor al 80% ni superior al 150% del diámetro.
La capacidad del molde debe cumplir con los límites indicados en la tabla
1(Anexos), de acuerdo al tamaño del árido a ser ensayado. El espesor del
metal en el molde debe cumplir con lo que se describe en la tabla 2 (Anexos).
El borde superior debe ser liso y plano dentro de 0,25 mm y debe ser paralelo
al fondo con una tolerancia de 0,5° La pared interior del molde debe ser una
superficie lisa y continua.
Calibrador de holgura.- Estas láminas son usada en el trabajo de calibración.
Están fabricadas en un amplio rango de tipos y tamaños y tienen de 6 a 26
láminas rectas o ahusadas cada una, que varían de 0,03 a 5mm ó 0,0015" a
0,200" de espesor.
Herramientas y Accesorios: Pala, brocha, bandejas, cucharones 4.2 Equipo de calibración: Además de la balanza
Placa de vidrio. De al menos 6 mm de espesor y por lo menos 25 mm mayor
que el diámetro del molde a ser calibrado.
Grasa. Un suministro de grasa liviana automotriz o similar.
Termómetro. Con un rango de al menos entre 10 °C y 32 °C y que permita una
lectura de por lo menos 0,5 °C.
4.3 Material empleado
Muestra de agregado fino con un tamaño máximo nominal de 12.5 mm.
Muestra de agregado grueso que no exceda el tamaño máximo nominal de
37.5 mm.
5. PROCEDIMIENTO
Previo al ensayo
Primero se realiza un muestreo de áridos fino y grueso según la norma NTE
INEN 695
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De acuerdo a la norma NTE INEN 2566 se realizara una reducción de los
agregados a tamaño de ensayo utilizando un cuarteador metálico tanto para
áridos finos y gruesos.
Preparamos la muestra de ensayo, donde el tamaño de la muestra debe ser
de aproximadamente 125% a 200% respecto de la cantidad necesaria para
llenar el molde y debe ser manejada de tal manera que se evite la segregación.
Dejamos secar las muestras hasta obtener masa constante, en el horno a
110 °C ± 5 °C.
Ya con la muestra seca se colocara el agregado (fino o grueso) en un molde
con una capacidad adecuada y lo compactamos por medio de dos de los tres
métodos señalados en la norma NTE INEN 858.
5.1 Procedimiento por varillado (realizado tanto en agregado fino y grueso)
a) Determinar la masa del molde vacío en la balanza con una aproximación de
0,05 kg.
b) Llenar la tercera parte del molde y nivelar la superficie con los dedos.
c) Compactar la capa de áridos, con 25 golpes de la varilla de compactación
distribuidos uniformemente sobre la superficie. Se debe evitar el contacto del
extremo de la varilla con el fondo del molde; de ser así vaciar el molde y repetir
el pasó a).
d) Llenar los dos tercios del molde, nuevamente nivelar y compactar de la forma
indicada anteriormente evitando que la varilla de compactación penetre la capa
anterior del árido.
e) Llenar el molde a rebosar y compactar nuevamente en la misma forma
mencionada anteriormente.
f) Nivelar la superficie del árido con los dedos o una regleta, de tal manera que
cualquier ligera proyección de las partículas grandes del árido grueso,
equilibren aproximadamente los vacíos mayores en la superficie, por debajo de
la parte superior del molde.
g) Determinar la masa del molde con su contenido y registrar los valores con una
aproximación de 0,05 kg.
Nota: Se realiza tres repeticiones del procedimiento anterior para obtener un
promedio más representativo.
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5.2 Procedimiento por paladas (realizado tanto en agregado fino y grueso)
a) Determinar la masa del molde vacío en la balanza con una aproximación de
0,05 kg.
b) Llenar el molde a rebosar por medio de una pala o cucharón, descargar el árido
desde una altura no superior a 50 mm por encima de la parte superior del
molde.
c) Tener cuidado para prevenir, tanto como sea posible, la segregación de las
partículas que componen la muestra.
d) Nivelar la superficie del árido con los dedos o con una regleta, de tal manera
que cualquier ligera proyección de las partículas grandes del árido grueso,
equilibren aproximadamente los vacíos mayores en la superficie, por debajo de
la parte superior del molde.
e) Determinar la masa del molde con su contenido y registrar los valores con una
aproximación de 0,05 kg.
Nota: Se realiza tres repeticiones del procedimiento anterior para obtener un
promedio más representativo.
5.3 Calibración de molde tanto para agregado fino y grueso
a. Determinar la masa de la placa de vidrio y del molde, con una aproximación de 0,05 kg.
b. Colocar una fina capa de grasa en el borde del molde para prevenir la fuga de agua.
c. Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y cubrirlo con la placa de
vidrio de tal manera de eliminar las burbujas y el exceso de agua.
d. Eliminar cualquier porción de agua que pueda haberse desbordado sobre el molde o la placa de vidrio.
e. Determinar la masa del agua, la placa de vidrio y el molde, con una
aproximación de 0,05 kg.
f. Medir la temperatura del agua con una aproximación de 0,5 °C y determinar su densidad de acuerdo a la información de la tabla 3, interpolando si es necesario.
g. Calcular el volumen V, del molde.
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6. TABULACIÓN DE RESULTADOS
6.1 Masa suelta por el método de paladas
Datos agregado fino
G (masa del árido fino más el molde, kg)
a) 8.223
b) 8.326
c) 8.391
T ( masa del molde, kg) 2.656
Tabla 1: Masa compactada - Método por paladas
Fuente: El autor
Masa placa de vidrio, kg 1.812
T ( masa del molde, kg) 2.656
Temperatura del agua, °C 18.9
W (Masa del agua, placa de vidrio y molde en kg.) 7.505
M (Masa de la placa de vidrio más molde, kg) 4.468
D (Densidad del agua para la temperatura de medición, kg/m³) 998.51
Tabla 2: Datos para la calibración del molde de agregado fino
Fuente: El autor
6.1.1 Cálculo de volumen del molde para agregado fino.
6.1.2 Cálculo de la masa unitaria suelta (MUS) para agregado fino
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Promedio de Masa Unitaria Suelta (MUS) de agregado fino: 1890.48 kg/m³
6.1.3 Desviación estándar
√∑ ̅
1890.48 kg/m³ ± 5.07 kg/m³
6.2 Masa compactada por el método de varillado
Datos agregado fino
G (masa del árido fino más el molde, kg)
a) 8.401
b) 8.513
c) 8.502
T ( masa del molde, kg) 2.656
V (volumen del molde para agregado fino, m³) 0.0030
Tabla 3: Masa suelta - Método por varillado
Fuente: El autor
6.2.1 Cálculo de la masa unitaria compactada (MUC) para agregado fino
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Promedio de Masa Unitaria Compactada (MUS) de agregado fino: 1938.67 kg/m³
6.2.2 Desviación estándar
√∑ ̅
1938.67 kg/m³ ± 20.57 kg/m³
6.3 Masa compactada por el método de varillado
Datos agregado grueso
G (masa del árido grueso más el molde, kg)
a) 30.80
b) 30.15
c) 30.00
T ( masa del molde, kg) 8.10
Tabla 4: Masa compactada - Método por varillado
Fuente: El autor
Masa placa de vidrio, kg 2.545
T ( masa del molde, kg) 8.10
Temperatura del agua, °C 18.9
W (Masa del agua, placa de vidrio y molde en kg.) 24.80
M (Masa de la placa de vidrio más molde, kg) 10.645
D (Densidad del agua para la temperatura de medición, kg/m³) 998.51
Tabla 5: Datos para la calibración del molde de agregado grueso
Fuente: El autor
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6.3.1 Cálculo de volumen del molde para agregado grueso
6.3.2 Cálculo de la masa unitaria compactada (MUC) para agregado grueso
Promedio de Masa Unitaria Compacta (MUC) de agregado grueso: 1575.65 kg/m³
6.3.3 Desviación estándar
√∑ ̅
1575.65 kg/m³ ± 20.57 kg/m³
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6.4 Masa suelta por el método de paladas
Datos agregado grueso
G (masa del árido grueso más el molde, kg)
b) 28.90
d) 29.10
e) 29.15
T ( masa del molde, kg) 8.10
V (volumen del molde para agregado grueso, m³) 0.0141
Tabla 6: Masa suelta - Método por paladas
Fuente: El autor
6.4.1 Calculo de la masa unitaria suelta (MUS) para agregado grueso
Promedio de Masa Unitaria Suelta (MUS) de agregado grueso: 1485.82 kg/m³
6.4.2 Desviación estándar
√∑ ̅
1485.82 kg/m³ ± 9.38 kg/m³
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7. ESQUEMA
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8. CUESTIONARIO
¿Cuál es la importancia de determinar la masa unitaria suelta y compacta de
los agregados?
Es muy importante porque nos permite conocer el comportamiento de los
agregados a la hora de usarlos en concretos, debido que estos poseen volúmenes
de vacíos y en relación con la masa unitaria suelta y la masa unitaria compacta se
logra saber cuánto más material se necesita para llenar los espacios vacíos.
¿Indique la diferencia entre masa unitaria compacta y suelta?
La diferencia radica en que la masa unitaria compacta es mayor porque el vacío
entre partículas es menor, por lo tanto hay mayor cantidad de agregado que en la
masa unitaria suelta; esto sucede tanto en agregados finos como en gruesos.
9. CONCLUSIONES
En el caso del agregado fino la Masa Unitaria Compacta (MUC) es de 1938.67 kg/m³. y la Masa Unitaria Suelta (MUS) es de 1890.48 kg/m³.
Para el caso de agregado grueso la Masa Unitaria Compacta (MUC) es de
1575.65 kg/m³ y la Masa Unitaria Suelta (MUS) es de 1485.82 kg/m³.
Se pudo determinar que al compactar el agregado fino logramos un aumento
de la densidad o masa unitaria de aproximadamente del 2%.
Se determinó que al compactar el agregado grueso logramos un aumento de la
masa unitaria de aproximadamente del 6%.
Los porcentajes nos indican la cantidad de material que ocupo cierto espacio,
que antes de compactar eran solo vacíos.
Se diferencia que la MUC contiene una mayor masa unitaria que la MUS,
debido a que el mismo volumen contiene más material gracias a la
compactación realizada.
Al ser la MUC mayor a la MUS tanto de agregados finos y gruesos el vacío
entre las partículas será menor y habrá mayor cantidad de agregados.
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La desviación estándar para agregado fino después de dos ensayos realizados
por el mismo operador fue de 25.65 kg/m³, lo que no difiere de 40 kg/m³ según
la NTE INEN 858, por lo tanto los ensayos fueron realizados correctamente.
La desviación estándar para agregado grueso después de dos ensayos
realizados por el mismo operador fue de 39.54 kg/m³, lo que no difiere de 40
kg/m³ según la NTE INEN 858, por lo tanto los ensayos fueron realizados
correctamente.
10. RECOMENDACIÓNES
Al momento de calibrar los moldes tanto para agregado fino como para grueso,
utilizar un calibrador de sondeo de 0,25 mm, y si este no puede ser insertado
entre el borde del molde y la placa de vidrio se dice que el borde superior esta
satisfactoriamente plano.
Los moldes deberían ser calibrados por lo menos una vez al año o cada vez
que exista motivos para dudar de su precisión.
11. BIBLIOGRAFÍA
Norma Técnica Ecuatoriana INEN 858:2010, Inicio. Fecha de Consulta: 12 de abril de
2014. Disponible en: http://www.normalizacion.gob.ec/
American Society for Testing and Materials, Norma ASTM C 29 – 09, Inicio. Fecha de
Consulta: 12 de abril de 2014. Disponible en: http://www.astm.org/FAQ/index-
spanish.html.
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12. ANEXOS
FIGURA 1. Equipos y material empleado
Fuente: El Autor
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TABLA 7. Capacidad de los moldes
Fuente: NTE INEN 858:2010
TABLA 8. Requisitos para los moldes
Fuente: NTE INEN 858:2010
TABLA 9. Densidad del agua
Fuente: NTE INEN 858:2010
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