DENSIDAD BULK (PESO UNITARIO) Y PORCENTAJE DE VACÍOS DE LOS AGREGADOS COMPACTADOS O SUELTOS I.N.V. E – 217 – 07
1.
OBJETO Esta norma tiene por objeto establecer el método para determinar la densidad densidad bu lk (peso unitario ) y el porce ntaje de los vac íos de los os agrega dos, ya sean finos, gruesos o una mezcla de ambos. Este método es aplicable a materiales que tengan tamaño máximo nominal menor o igual a 125mm (5”) Nota 1.-
Peso unitario es la terminología tradicional empleada para describir la propiedad determinada por este método de prueba, el cual corresponde a un peso por unidad de volumen (correctamente (correctamente masa por unidad de volumen o densidad)
2.
TERMINOLOGIA 2.1
Definiciones generales
2.1.1 Densidad bulk de un agregado – La masa de un volumen unitario total de un agregado, el cual incluye el volumen de las partículas individuales y el volumen de vacíos entre las partículas. Se expresa en kg/m3 ( lb/pie 3 )
2.1.2 Peso unitario – Peso (masa) de un vo lumen unitario. (Término desaprobado, se debe utilizar mejor densidad bulk).
2.1.3 Discusión – Peso es igual a la masa del cuerpo multiplicada por la aceleración debida a la gravedad. El peso se puede expresar en unidades absolutas (Newtons, (N) o Poundales), o en unidades gravitacionales (kgf, lbf), por ejemplo: en la superficie de la tierra, un cuerpo con una masa de de 1 kg tiene un peso de kgf (aproximadamente 9.81 N), o un cuerpo con una masa de una libra tiene un peso de 1 lbf (aproximadamente (aproximadamente 4.45 N o 32.2 Pou ndales). ndales). Puesto que el peso es igual a la masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, el peso de un cuerpo variará con el lugar donde se determine, mientras la masa del cuerpo permanece constante.
2.1.4 Tamaño máximo nominal - La abertura del menor tamiz de la serie o de menor abertura, por el que pasa todo el material.
2.2
Definiciones de términos específicos para esta norma. Vacíos – en un volumen unitario de agregados, el espacio entre partículas en una masa de agregado no ocupado por materiales minerales sólidos.
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Los vacíos dentro de las partículas (poros), ya sean permeables o impermeables, no están incluidos en los vacíos como se determinan en este método de prueba.
3.
USO Y SIGNIFICADO Este método de prueba se emplea a menudo para determinar valores de densidad bulk, que son utilizadas por muchos métodos de selección de proporciones para mezclas de concreto. La densidad bulk puede también ser usada para determinar la relación entre masa/volumen para conversiones en acuerdos de compra. Sin embargo, la relación entre el grado de compactación de los agregados en una unidad de transporte o en una pila de acopio y la lograda en este método de prueba se desconoce. Además, los agregados en las unidades transportadoras y en las pilas de acopio generalmente contiene humedad absorbida o de superficie (esta ultima afecta el abultamiento), en cambio este método de prueba determina la densidad bulk basada en condiciones en seco.
4.
EQUIPO 4.1
Balanza – Debe tener una escala que le permita medir con una exactitud mínima de 0.05 kg (0.1 lb).
4.2
Varilla compactadora – D e acero, cilíndrica, de 16 m m (5/8") de diámetro, con una longitud aproximada de 600 mm (24"). Un extremo debe ser semiesférico, o ambos de 16 mm de diámetro (5/8").
4.3
Recipientes de medida – Metálicos, cilíndricos, preferiblemente provistos de agarraderas, a prueba de agu a, con el fondo y borde superior pulido, plano y suficientemente rígido, para no deformarse bajo duras condiciones de trabajo. Los recipientes deben tener una altura aproximadamente igual al diámetro pero, en ningún caso, la altura debe ser menor que el 80% ni más de 150% del diámetro. La capacidad debe estar de conformidad con los límites establecidos en la Tabla 1, según el tamaño del agregad o que va a ser probado. El espesor de la lámina con qu e se elaboran los recipientes , debe ser el que se describ e en la Tabla 2. El borde superior debe ser pulido y plano con una tolerancia de 0.25mm (0 .01”) y deb e estar paralelo al fondo c on una tol erancia de 0.5° (Nota 2). La pared interior debe tener una superficie li sa y continua. Nota 2-
El borde superior está satisfactoriamente plano si un calibrador de 0.25 mm (0.01”) no puede ser insertado entre el borde y una pieza de vidrio de 6 mm (1/4”) o más de espesor, colocada sobre el recipiente de medida. La parte de arriba y el fondo están satisfactoriamente paralelos, si el declive entre piezas de vidrio, una en contacto con la parte de arriba y otra con el fondo, no excede 0.87% en cualquier dirección.
Si el recipiente de medida también va a ser utilizado para pruebas de densidad del concreto recién mezclado, de acuerdo con la norma INV E – 405, deberá ser hecho de acero o de otro material apropiado que no sea susceptible a reacciones con la pasta de cemento. Materiales reactivos, tales como E 217 - 2
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aleaciones de aluminio, están permitidos, considerando que como consecuencia de una reacción inicial, se forma una película en la superficie la cual protege al metal cont ra la posterior corrosión. Recipiente de medi da con una capacidad mayor de 28L (1 pie 3 ), se deben hacer de acero para garantizar la rigidez necesaria o, de lo contrario, el espesor mínimo de l a lámina de metal indicada en la Ta bla 2 deberá ser adecuadamente aumentado.
4.4
Pala o cuchara – De tamaño conveniente para llenar el recipiente de medida con el agregado.
Tabla 1. Capacidad de medidas Tamaño máximo nominal del agregado
a
Capacidad de medida
a
pu lg. 1/2
mm 12.5
ft³ 1/10
L 2.8
m³ 0.0028
1 1 1/2 3 4 5
25 37.5 75 100 125
1/3 ½ 1 2½ 3½
9.3 14 28 70 100
0.0093 0.014 0.028 0.070 0.10 0
El tamaño de medida indicado debe ser usado para agregados de prueba de tamaño máximo nominal igual o menor que el listado. El volumen real de l recipiente debe ser de al menos 95% del volumen nominal listado.
4.5
Equipo de calibración – Un pedazo de placa de vidrio, preferiblemente de, por lo menos 6 mm (1/4”) de espesor y 25 mm (1”) más grande que el diámetro del recipiente que va a ser calibrado; una porción de grasa de chasis que pueda ser colocada en el borde del recipiente para prevenir escapes.
Tabla 2. Requerimientos de medidas Espesor de lamina, mínimo
Fondo
Altura de pared superior a 1 ½" o A 38 mm
Resto de la pared
0.2"
0.10"
0.10"
Capacidad de medida
< 0.4 ft³ 0.4 ft³ mayor a 1.5 ft³
a a
1.5 ft³ 2.8 ft³
0.2" 0.4"
0.20" 0.25"
0.12" 0.15"
mayor a 2.8 ft³
a
4.0 ft³
0.5"
0.30"
0.20"
42 L
5.0 mm 5.0 mm
2.5 mm 5.0 mm
2.5 mm 3.0 mm
80 L 133 L
10 mm 13 mm
6.4 mm 7.6 mm
3.8 mm 5.0 mm
< 11 L 11 L a mayor a 42 L may or a 80 L A.
a a
El espesor adicionado en la parte superior de la pared puede ser obtenid o colocando una banda de refuerzo alrededor del mismo.
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5.
MUESTRA La muestra se debe obtener de acuerdo con el procedimiento establecido en la norma INV E – 201, y reducir a tamaño de prue ba sigu iendo la norma INV E – 202. El tamaño de la muestra debe ser de, aproximadamente 125 a 200% de la cantidad requerida para llenar el recipiente de medida, y se debe manejar evitando la segregación. Se seca la muestra de agregado hasta obtener una masa esencialmente constante, preferiblemente en un horno a 1 10 ± 5ºC (230± 9ºF).
6.
CALIBRACIÓN DEL RECIPIENTE DE MEDIDA 6.1
Se llena el recipiente con agua a temperatura ambiente y se cubre con la placa de vidrio, de tal manera que se eliminen las burbujas y el exceso de agua.
6.2
Se determina la masa de agua que llena el recipiente de medida, utilizando la balanza descrita en la Sección 4.1.
6.3
Se mide la temperatura del agua y se determina la densidad del agua con la Tabla 3, interpolando si es necesario.
Tabla 3. Densidad del agua
Temperatura
6.4
Den sid ad del agu a
ºC
ºF
kg/m³
lb/ft³
15.6
60
999.01
62.366
18.3
65
998.54
62.336
21.1
70
997.97
62.301
23
73.4
997.54
62.274
23.9
75
997.32
62.261
26.7
80
996.59
62.216
29.4
85
995.83
62.166
Se calcula el volumen, V, del recipiente de medida , dividiendo la masa de agua requerida para llenar lo por su densidad. Alternativamente, se puede calcular el factor de medida (F= 1/V), dividiendo la densidad del agua por la masa requerida para llenar el recipiente. Nota 3
– Para el cálculo de la densidad bulk, el volumen del recipiente de medida en unidades SI se debe expresar en m 3, o el factor como 1/ m3. Sin embargo , por conveniencia , el volumen se puede expresarse en litros.
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6.5
7.
Los volúmenes del recipiente de medida se deben recalibrar, por lo menos, una vez al año, o cuando haya una razón para cuestionar la precisión de la calibración.
SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO El empleo del método de paladas para determinar la densidad bulk suelta se debe usar solamente cuando haya sido estipulado específicamente. De lo contrario, se determinará la densidad bulk compacta por varillado o apisonado para agregados con tamaño máximo nominal de 37.5 mm (1½”) o menos, o por el método de vibración para agregados con tamaño máximo nominal ma yor de 37.5 mm (1½”) y que no excedan de 125 mm (5”).
8.
PROCEDIMIENTO 8.1
Densidad bulk del agregado compactado
8.1.1 Método del apisonado o varillado – Para agregados de tamaño nominal menor o igual que 37 .5 mm (1½").
8.1.1.1 El agregado se debe colocar en el recipiente, en tres capas de igual volumen aproximadamente, hasta colmarlo.
8.1.1.2 Cada una de las capas se empareja con la mano y se apisona con 25 golpes de varilla, distribuidos uniformemente sobre la superficie, utilizando el extremo semiesférico de la varilla.
8.1.1.3 Al apisonar la primera capa, se debe evitar que la varilla golpee el fondo del recipiente. Al apisonar las capas superiores, se aplica la fuerza necesaria para que la varilla solamente atraviese la capa respectiva.
8.1.1.4 Una vez compactada la última capa, se enrasa la superficie del agregado con una regla o con la mano, de modo que las partes salientes se compensen con las depresiones en relación al plano de enrase, y se determina la masa del recipiente lleno con aproximación a 0.05 kg (0.1lb).
8.1.2 Método del vibrado – Para agregados de tamaño nominal, mayor 3 7.5 mm (1½) y menor o igual a 125 mm (5").
8.1.2.1 El agregado debe colocarse en el recipiente, en tres capas de igual volumen aproximadamente, hasta colmarlo.
8.1.2.2 Cada una de las capas se compacta del siguiente modo. Se coloca el recipiente sobre una base firme , tal como un p iso de concreto, y se inclina, hasta que el borde opuesto al punto de apoyo, diste unos 50 mm (2") de la base. Luego se suelta, con lo que se produce un golpe seco y se repite la operación inclinando el recipiente por el borde opuesto. Estos golpes alternados se ejecutan 25 veces de cada lado, de modo que el número total sea 50 para cada capa y 150 para todo el conjunto.
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8.1.2.3 Una vez compactada la última capa, se enrasa la superficie del agregado con una regla o con la mano, de modo que las partes salientes se compensen con las depresiones en relación al plano de enrase, y se determina la masa del recipiente lleno con aproximación a 0.05 kg (0.1lb).
8.2
Densidad bulk del agregado suelto Método de llenado a palada s – Para agregados de tamaño máximo nominal hasta de 125 mm (5").
Se llena el recipiente por medio de una pala o cuchara, de modo que el agregado se descargue de una altura no mayor de 50 mm (2") por encima del borde del recipiente hasta colmarlo. Se debe tener cuidado de que no se segreguen las partículas de las cuales se compone la muestra. Se enrasa la superficie del agregado con una regla o con la mano, de modo que las partes salientes se compensen con las depresiones en relación con el plano de enrase y se determina la masa, del recipiente lleno con aproximación a 0.05 kg (0.1lb).
9.
CÁLCULOS 9.1
Densidad bulk – Se calcula la densidad bulk sea compacta (apisonada o vibrad a) o suelta, con la sigu iente expresión:
M =
G − T V
ó
M = ( G − T ) × F donde: 3
3
M = densidad bulk del agregado, kg/m (lb/pie ), G = masa del agregado más la del recipiente de medida, kg (lb), T = masa del recipiente de medida, kg (lb), V = volumen del recipiente de medida, m3 (pie 3 ), y 3
3
F = factor de medida, 1/m (1/pie ). La densidad bulk que se determina en la prueba es en condición seca al horno. Si se desea la densidad bulk en estado sat urado y superficialmente seco (SSS), se sigue exactamente el mismo procedimiento descrito en esta norma y con la siguiente expresión se calcula la densidad bulk en estado SSS:
Msss = M 1 +
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A
100
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donde: M ss s = densidad bulk en condición SSS, kg/m3 (lb/pie 3 ), y A
9.2
= % de absorción, determi nado según las normas INV E – 222 (agregados finos) o INV E – 223 (agregados gruesos).
Vacíos en los agregados – Los vacíos en los agregados se pueden calcular en la siguiente forma, empleando la densidad bulk obtenida mediante apisonado, vibrado o simplemente mediante el llenado a paladas (numeral 9.1).
% Vacíos =
S × W − M S × W
× 100
donde: S
= gravedad específic a bulk determinada según las normas INV E – 222 (agregados finos) o INV E – 223.(agregados gruesos),
M = densidad bulk de los agregados , determinada por los procedimientos descr itos en las Secciones 8.1 y 8 .2 y calculado con la fórmula indicada en la Sección 9.1, en kg/m³ (lb/pie³), y W = densidad del agua, 998 kg/m 3 (62.4 lb/pie 3)
10.
INFORME Los resultados obtenidos se deben reportar en la siguiente forma:
11.
9.3
Densidad bulk compacta por apisonado o densidad bulk compacta por vibrado o densidad bulk suelta por paladas, con aproximación a 10 kg/m³ ( 1 lb/pie³).
9.4
% Vacíos en los agregados compactados por apisonado.
9.5
% Vacíos en los agregados compactados por vibrado.
9.6
% Vacíos en los agregados sueltos.
PRECISIÓN Y TOLERANCIAS Los dato s q ue se indican a contin uación están basados en el análisis de más de 100 parejas de resultados de pruebas de 40 a 100 laboratorios.
11.1
Precisión para el agregado grueso (densidad bulk):
11.1.1 Precisión para un solo operador – La desviación normal de un solo operador ha resultado ser de 14 kg/m³ (0.88 lb/pie³ .). Por lo tanto el resultado de dos
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pruebas llevadas a cabo adecuadamente por el mismo operador, sobre un material similar no debe diferir en más de 40 kg/m³ (2 .5 lb/pie ³) .
11.1.2 Precisión multilaboratorios – Se ha encontrado que la desviación normal entre varios laboratorios es de 30 kg/m³ (1.87 lb/pie³) Por lo tanto, los resultados de dos pruebas conducidas por dos laboratorios diferentes sobre materiales similares, no deben diferir en más de 85 kg/m³ (5.3 lb/pie³ ).
11.2
Precisión para el agregado fino (densidad bulk):
11.2.1 Precisión para un solo operador – Se ha encontrado que la desviación normal de un solo operador, es de 14 kg/m³ (0.88 lb/pie ³ ). Por lo tanto, el resultado de dos pruebas llevadas a cabo adecuadamente por el mismo operador, sobre un material similar no debe diferir en más de 40 kg/m³ (2 .5 lb/pie ³) .
11.2.2 Precisión multilaboratorios – Se ha encontrado que la desviación normal entre varios laboratorios es de 44 kg/m³ (2.76 lb/pie ³). Por lo tanto, los resultados de dos pruebas conducidas por dos laboratorios diferentes sobre materiales similares, no deben diferir en más de 125 kg/m³ (7.8 lb/pie³ ).
12.
11.3
Precisión en vacíos – No hay de vacíos. Sin embargo , como a partir de la densidad bulk y vacíos será el reflejo de las parámetros.
11.4
Tolerancias – El procedimiento en este mé todo de prueba para medir la densidad bulk y el contenido de vacíos no tiene tolerancias debido a que los valores de densidad bulk y de contenido de vacíos se pueden definir únicamente en términos de un método de prueba.
datos de precisión disponibles sobre contenidos el porcentaje de vacíos en el agregado se calcula la gravedad específica bulk, la precisión en los precisiones en la obtención de los otros dos
NORMAS DE REFERENCIA ASTM
C 29/C 29M – 97
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