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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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