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Instituto Tecnológico de Costa Rica

Escuela de Ingeniería en Construcción

CO-3404 Laboratorio de Concreto

Grupo 2

I Semestre 2012

ASTM C-29:

Método de prueba estándar para determinar la densidad bruta (“Peso Unitario”) e

índice de vacíos en agregados.

Profesor:

Ing. Rommel Lezing Cuevas Kauffmann

Estudiantes:

José A. Díaz Nipote 200850470

Alejandro Camacho Báez 200654185

Kevin Martínez Navarrete 201052269

Javier Wong Campos 201160912

Grupo #3

29 de Marzo del 2012

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1. Objetivos

Objetivo General

Esta prueba se refiere a la determinación de la densidad bruta (“peso unitario”)

para agregados que estén compactados o sueltos, siguiendo el método de la

norma ASTM C-29

Objetivos Específicos

Determinar el peso unitario suelto para agregado fino y grueso.

Determinar el peso unitario compactado para agregado fino y grueso.

Obtener la relación de vacíos de los agregados.

Clasificar los agregados según

Obtener el porcentaje de error y la desviación estándar

2. Marco teórico

El peso unitario o peso volumétrico, es el peso de un volumen unitario de agregados y se

expresa en kg/m3. La condición normalizada que se usa para generar datos, como

información general, y para compactación de agregados mediante pesos unitarios es con

agregados secos y compactos. En general el peso unitario está determinado por:

a) Graduación

b) Forma

c) Textura

d) Peso especifico

e) Contenido de humedad

f) Compacidad de la masa(suelto o envarillado)

Se distinguen los siguientes pesos unitarios.

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El peso unitario del agua (γw) corresponde al peso del agua entre el volumen de agua

respectivo. ⁄

El peso unitario solido (γs) es la relación entre el peso seco, con respecto al volumen del

solido correspondiente. ⁄

El peso unitario masivo seco (γb) es la relación entre el peso seco del material y el

volumen masivo ocupado. Constituye uno de los principales parámetros que se obtiene en

forma experimental para el diseño de mezclas y el cálculo de cantidades.

El peso unitario saturado superficie seca (γss) es la relación que se da entre el peso del

agregado en estado saturado superficie seca, es decir, todos los poros permeables llenos

de agua y el respectivo volumen bruto de la mezcla. ⁄

El peso unitario total (γt) relaciona el peso total del agregado con su volumen total.

)

)⁄ )

Donde w es la humedad y H el hinchamiento de la arena.

El peso unitario es una de las características distintivas, que se utilizan para clasificar a

los agregados. Se clasifican dependiendo del peso unitario seco (γb) en condición suelta y

seca en:

Pesados:

.

Normales:

Livianos

La gravedad específica también conocida como densidad relativa, se define como la relación entre el peso unitario de una sustancia y el peso unitario del agua. Es una medida de la densidad del agregado y es de suma utilidad para clasificarlos, como también para el diseño de mezclas.

Gravedad específica absoluta (Ga)

Gravedad específica aparente (GS

Gravedad específica bruta seca (GBS)

Gravedad específica saturada superficie seca (GBSS)

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3. Equipo y materiales

Balanza granulométrica, precisión ± 1g.

Balanza digital, precisión ± 0,01g.

Varilla de apisonado: Barra de hierro redonda y recta cuyo diámetro y largo

sean de 16mm y 600mm respectivamente. Al menos uno de sus extremos

debe estar redondeado y debe tener el mismo diámetro que el resto de la

varilla.

2 Recipientes de mediadas: Debe ser cilíndrico y de metal, impermeable y

con agarraderas. Del mismo modo, la parte superior y en el fondo deben

ser seguras. Debe ser lo suficientemente rígido para que mantenga su

forma aun en condiciones extremas de uso. La altura de este recipiente

debe ser lo más aproximadamente posible a su diámetro, y de ninguna

manera será menor al 80% o mayor al 159% del mismo.

2 Bandejas metálicas cuadradas grandes (62.00 cm)

Bandejas metálicas cuadradas medianas (45.50 cm)

3 Palas pequeñas

1 Escoba pequeña

Equipo de seguridad apropiado. (Gabacha, lentes, guantes y mascarilla)

Materiales:

Arena

Grava

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4. Procedimiento

Procedimiento (agregado grueso)

A continuación se describe el procedimiento para la prueba de pesos unitarios mediante

los métodos de envarillado y método suelto, los procesos de preparación y reducción de

la muestra fueron realizados en pruebas anteriores de acuerdo con las normas ASTM C-

702 y ASTM D-75.

Método Suelto

1- Medir la masa del recipiente donde será colocado el material con la balanza

digital.

2- Llenar el recipiente con el agregado grueso que se encuentra en la bandeja

donde se almaceno para la prueba de peso unitario.

3- Dejar caer el agregado a una altura no mayor de dos pulgadas del borde.

4- Mantener un flujo de material uniforme en forma de cascada.

5- Llenar el recipiente hasta obtener un pequeño montículo por encima del borde

del mismo.

6- Nivelar el material con los dedos y utilizar el arrasador para nivelar.

7- Medir la masa del recipiente junto con el agregado.

8- Repetir los pasos 2, 3, 4, 5, 6,7.

9- Realizar los cálculos correspondientes para la prueba de peso unitario.

Método de Envarillado

1- Medir la masa del recipiente donde será colocado el materia con la balanza

digital.

2- Llenar el recipiente con el agregado grueso que se encuentra en la bandeja

donde se almaceno para la prueba de peso unitario.

3- Dejar caer el agregado a una altura no mayor de dos pulgadas del borde.

4- Llenar un tercio del recipiente con el agregado.

6

5- Apisonar veinticinco veces en forma circular, tratar de no tocar el fondo del

recipiente.

6- Realizar el paso cinco con los siguientes dos tercios del recipiente.

7- Llenar el recipiente hasta obtener un pequeño montículo por encima del borde

del mismo.

8- Nivelar el material con los dedos y utilizar el arrasador para nivelar.

9- Medir la masa del recipiente junto con el agregado.

10- Repetir los pasos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

11- Realizar los cálculos correspondientes para la prueba de peso unitario.

Procedimiento (Agregado fino)

A continuación se describe el procedimiento para la prueba de pesos unitarios mediante

los métodos de en varillado, método suelto los procesos de reducción y las muestras

fueron realizadas en pruebas anteriores y por el técnico, por lo que arrojo el resultado

para el volumen del molde de 27,88 cm3.

Método Suelto

1- Se deja caer agregado fino a una altura de 2 pulgadas aproximadamente y de

manera constante a un balde.

2- Se continúa hasta que se llene dicho recipiente y se forme una especie de cono en

la superficie.

3- Luego se aplana la copa del recipiente con cuidado con una regla metálica y se

limpia la superficie del molde para que no afecte el peso.

4- Luego se pesa en la balanza granulométrica y se repite otra vez, si el porcentaje

de error estipulado es mayor a 1 %, se repite el procedimiento.

5- Si el porcentaje de error es menor al 1% se considera como aceptable.

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5. Resultados

Tabla 1

Datos obtenidos para el peso unitario suelto del agregado grueso

Tabla 2

Datos obtenidos para el peso unitario compactado del agregado grueso

Medición Peso Total (± 0,02)kg

Peso de Recipiente (±

0,02)kg

Peso del Agregado (±

0,02)kg

1 32,06 9,12 22,94

2 31,89 9,12 22,77

El volumen del recipiente en el que se realizaron las mediciones es de 14.244 cm3

Tabla 3

Clasificación de los agregados por peso unitario

Fuente: Material del curso de concreto CO-3403, I semestre 2012

Tabla 4

Peso unitario de los agregados en estudio según Holcim

Material Peso Unitario (kg/m3)

Máx Mín

Arena de Río 1372 1340

Piedra cuarta 1590 1590

Fuente: Catalogo de productos Holcim agregados

Medición Peso Total (± 0,02)kg

Peso de Recipiente (±

0,02)kg

Peso del Agregado (±

0,02)kg

1 30,58 9,12 21,46

2 30,56 9,12 21,44

Clasificación Peso Unitario (kg/m3)

Pesados > 1.900

Normales 1,120-1900

Livianos <1,120

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Tabla 5

Datos obtenidos para el peso unitario suelto del agregado fino

Medición Peso total (±0,1)kg Peso de bandeja (±0,1)kg Peso del agregado (±0,1)kg

1,000 6,920 2,612 4,308

2,000 6,932 2,612 4,320

El volumen del recipiente en el que se realizaron las mediciones es de 2.788 cm3

Cálculos

Se procede con la realización de los cálculos de error para el peso unitario suelto del

agregado grueso, según los datos de la tabla 1.

kgX

X

promedioX

45,21

2

44.2146,21

Después de calcular el promedio de los datos se procede a verificar si se encuentra

dentro de los rangos de error permitido.

kg

kg

24,2199,0*45,21

66,2101,1*45,21

Al encontrarse el promedio obtenido de las mediciones entre los límites establecidos se

determina que si cumple con el error estipulados para docencia de un ±1%.

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Con la siguiente formula se calcula la densidad bruta o peso unitario para el agregado

grueso suelto.

F

V

TGM *

(Ecuación 1)

M: densidad bruta del agregado

G: masa del agregado más recipiente

T: masa del recipiente

V: volumen del recipiente

*F: factor de recipiente

* El factor de recipiente no será utilizado para nuestros cálculos debido a que se

desconoce la temperatura del agua con la cual se realizo la calibración del recipiente, por

lo cual no se podría calcular la densidad del agua ya que este dato es requerido para

calcular el factor de recipiente.

Se realiza la conversión de las unidades del volumen del recipiente para poder sustituir

este valor en la ecuación 1.

3

3

33

014244,0

000.000.1

1*244.14

m

cm

mcm

Luego se procede a sustituir los valores obtenidos mediante la tabla 1 en la ecuación 1,

para obtener el peso unitario del agregado grueso suelto.

3

3

90,1505

014244.0

45,21

m

kgM

m

kgM

10

Se procede con la realización de los cálculos de error para el peso unitario suelto del

agregado grueso, según los datos de la tabla 2.

kgX

X

promedioX

86,22

2

77,2294,22

Después de calcular el promedio de los datos se procede a verificar si se encuentra

dentro de los rangos de error permitido.

kg

kg

63.2299,0*86,22

09,2301,1*86,22

Al encontrarse el promedio obtenido de las mediciones entre los límites establecidos se

determina que si cumple con el error estipulados para docencia de un ±1%.

Luego se procede a sustituir los valores obtenidos mediante la tabla 2 en la ecuación 1,

para encontrar el peso unitario del agregado grueso compactado.

3

3

89,1604

014244,0

86,22

m

kgM

m

kgM

Luego de realizar los cálculos anteriores se obtienen los pesos unitarios para el agregado

grueso suelto el cual es de 1505,90 kg/m3 y de 1604,89 kg/m3 para agregado

compactado.

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Porcentaje de vacíos

)*(

**100%

WS

MWSvacios

(Ecuación 3)

W: densidad del agua

*S: gravedad especifica

M: densidad bruta del agregado

Para la prueba de peso unitario conforme con la norma ASTM C-29 se debe de realizar el

calculo del porcentaje de vacíos que presenta el agregado en estudio, pero por motivos

de que la formula incluye una gravedad especifica (*S) que se debe de calcular según las

normas ASTM C-27 y ASTM C-28 que se realizaran en una practica futuras en el

laboratorio, por lo cual no se puede calcular el porcentaje de vacíos con los datos

obtenidos en esta prueba.

La normativa ASTM C-29 establece un desviación estándar de 14 kg/m3 para un operador

por lo cual se realiza el calculo de la desviación estándar para ambos métodos utilizados

para la realización de esta prueba.

1

)( 2

1

n

XX

Desvest

n

i

i

(Ecuación 4)

*Los datos proporcionados a continuación son calculados mediante la desviación estándar

calculada por Excel.

Desviación estándar de los datos de la tabla 1 (peso del agregado).

3014,0

m

kgDesvest

Desviación estándar de los datos de la tabla 2 (peso del agregado).

312,0

m

kgDesvest

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Se procede con la realización de los cálculos de error para el peso unitario suelto del

agregado fino, según los datos de la tabla 5.

kgX

X

promedioX

312,4

2

320,4308,4

Después de calcular el promedio de los datos se procede a verificar si se encuentra

dentro de los rangos de error permitido.

kg

kg

27,499,0*312,4

36,401,1*312,4

Al encontrarse el promedio obtenido de las mediciones entre los límites establecidos se

determina que si cumple con el error estipulados para docencia de un ±1%.

%Error=

Por lo tanto cumple con lo establecido para la presente práctica.

Se realiza la conversión de las unidades del volumen del recipiente para poder sustituir

este valor en la ecuación 1.

3

3

33

002788,0

000.000.1

1*788.2

m

cm

mcm

Luego se procede a sustituir los valores obtenidos mediante la tabla 5 en la ecuación 1,

para encontrar el peso unitario del agregado fino suelto.

3

3

63,1546

002788,0

312,4

m

kgM

m

kgM

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Se procede a realizar el cálculo de la desviación estándar del agregado fino para un solo

operador según la tabla 5, sustituyendo en la ecuación 4.

3008,0

m

kgDesvest

Análisis de resultados

Para el agregado grueso se obtuvieron los siguientes pesos unitarios, por el método de

envarillado se obtuvo un peso unitario de 1609,89 kg/m3 y por el método suelto un peso

unitario de 1505.90 kg/m3, lo que nos muestra que al apisonar el material como lo estipula

el método de envarillado las partículas se pueden acomodar mejor en los espacios vacíos

de la muestra en estudio, lo que conlleva a un aumento en el peso unitario.

Con respecto al error calculado los datos de peso del agregado de las tablas 1 y 2 se

mantuvieron dentro del rango de ±1% estipulado para docencia.

Según los resultados obtenidos del peso unitario para agregado grueso en comparación

con la tabla 3 de Clasificación de los agregados por peso unitario se determina que el

agregado estudiado se encuentra en la clasificación como normal según su peso unitario.

De la misma manera al comparar el peso unitario obtenido experimentalmente para

agregado grueso con la tabla 4 de catalogo de agregados de Holcim se confirma lo

estipulado en el informe anterior de la norma ASTM-C136 donde se clasifica el agregado

como piedra cuarta cumpliendo el peso unitario estipulado según Holcim.

En referencia a la desviación estándar estipulada en la norma ASTM-C29 para agregado

grueso para un solo operador la cuál es de 14 kg/m3 se obtiene un valor muy por debajo

de lo estipulado lo que corrobora que se realizo una ejecución de la práctica.

Adicionalmente se comparan los datos obtenidos en la práctica con los establecidos de

peso unitario para agregado grueso los cuales se encuentran en un rango de 1472 kg/m3

a 1568 kg/m3, por lo que se obtiene que solamente el peso unitario obtenido por el

método suelto entra dentro del parámetro mientras que el peso obtenido por método de

envarillado no cumple con lo estipulado.

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Por otro lado con respeto al agregado fino se realizo la prueba de peso unitario mediante

el método suelto y se obtuvo un peso unitario de 1546,63 kg/m3. Al comparar el peso

unitario obtenido del agregado fino con rango de 1100 kg/m3 a 1400 kg/m3 lo sobrepasa

por lo que no cumple con lo estipulado.

Con respecto al error calculado los datos de peso del agregado de las tabla 5 se

mantuvieron dentro del rango de ±1% estipulado para docencia, ya que se obtuvo un

porcentaje de error de 0,2%.

Según los resultados obtenidos del peso unitario para agregado fino en compasión con la

tabla 3 de Clasificación de los agregados por peso unitario se determina que el agregado

estudiado se encuentra en la clasificación como normal según su peso unitario.

De la misma manera al comparar el peso unitario obtenido experimentalmente para

agregado grueso con la tabla 4 presenta una diferencia de 174 g para clasificar como

arena de río con respecto al catalogo de agregados de Holcim.

En referencia a la desviación estándar estipulada en la norma ASTM-C29 para agregado

fino para un solo operador la cuál es de 14 kg/m3 se obtiene un valor muy por debajo de lo

estipulado lo que corrobora que se realizo una ejecución de la práctica.

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6. Conclusiones

Para el agregado grueso se obtuvieron los siguientes pesos unitarios, por el

método de envarillado se obtuvo un peso unitario de 1609,89 kg/m3 y por el

método suelto un peso unitario de 1505.90 kg/m.3

El peso unitario para agregado grueso en comparación con la tabla 3, se puede

clasificar como normal según su peso unitario.

Para agregado fino se realizo la prueba de peso unitario mediante el método

suelto y se obtuvo un peso unitario de 1546,63 kg/m3

El peso unitario para agregado fino en comparación con la tabla 3, se puede

clasificar como normal según su peso unitario.

Se obtuvo un desviación estándar para agregado fino de de 3

008,0m

kg

Desviación estándar para agregado grueso, tabla 2 fue de 3

12,0m

kg

Desviación estándar para agregado grueso, tabla 1fue de 3

014,0m

kg

7. Recomendaciones

Se deben de tener controladas las condiciones ambientales del laboratorio, ya que

había la presencia de corrientes de aire a la hora de nivelar el material para su

pesaje y esto pudo afectar un poco los valores obtenidos. También para evitar que

la muestra de finos absorba humedad.

Procurar la utilización de balanzas digitales de alta precisión.

Asegurarse de que las balanzas estén bien calibradas, debido a que las mediciones variaban.

8. Bibliografía

ASTM C-29/C29M, 2003, Standard Test Method for Bulk Density (“Unit Weight”) and Voids in Aggregate.

Araya M, (s.f). Composición del Concreto. Material didáctico del curso de CO-3403

Concreto.ITCR, Cartago, Costa Rica.

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Anexos

Anexo #1 Anexo #2

Anexo #3 Anexo #4

17

Anexo #5 Anexo #6

Anexo #7