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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 92 1995-02-15

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE PARTÍCULAS DE AGREGADOS

E:

STANDARD TEST METHOD FOR UNIT WEIGHT AND VOIDS IN AGGREGATES

CORRESPONDENCIA:

esta norma es idéntica a la ASTM C29M-91a

DESCRIPTORES:

agregado grueso; agregado fino; densidad; granulado; determinación peso unitario; ensayo; método de vibrado; método de apisonado; vacíos en agregados.

I.C.S.: 91.100.20 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Santafé de Bogotá, D.C. - Tel. 3150377 - Fax 2221435

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Segunda actualización

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 92 (Segunda actualización)

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE PARTÍCULAS DE AGREGADOS

1.

OBJETO

1.1 Esta norma determina la masa unitaria en condición compactada o suelta y el cálculo de los vacíos entre las partículas de agregados finos, gruesos o mezclados. Esta norma se aplica a agregados que no exceden los 150 mm de tamaño máximo nominal. Nota 1. La masa unitaria es el término usado tradicionalmente para describir la propiedad determinada en esta norma. Aunque algunos consideran que los términos peso unitario, densidad o densidad volumétrica resultan más apropiados, no existe aún un acuerdo general sobre el tema.

1.2 Los valores se regirán de acuerdo con el Sistema Internacional de Unidades. NTC 1000. Metrología. 1.3 Esta norma no pretende señalar todos los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer las prácticas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso. 2.

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

2.1

NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS

Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de este texto, constituyen la integridad del mismo. En el momento de su publicación eran válidas las ediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última versión de las normas mencionadas a continuación. NTC 129: 1995, Ingeniería civil y arquitectura. Toma de muestras de agregados (ASTM D75) NTC 176: 1995, Ingeniería civil y arquitectura. Método para determinar la densidad y absorción de agregado grueso (ASTM C127) NTC 237: 1995, Ingeniería civil y arquitectura. Método para determinar la densidad de agregado fino (ASTM C128) 1

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NTC 1000: 1993, Metrología. Sistema Internacional de Unidades. NTC 1926: 1995, Ingeniería civil y arquitectura. Determinación de la masa unitaria, rendimiento y contenido de cemento y aire (ASTM C138, ASTM C29) 2.2

NORMAS ASTM

C125 Terminology Relating to Concrete and Concrete Aggregates C67O Practice for Preparing Precision and Bias Statements for Test Methods for Construction Materials. C7O2 Practice for Reducing Field Samples of Aggregates to Testing Size D123 Terminology Relating to Textiles E11 Specification for Wire-Cloth Sieves for Testing Purposes 2.3

NORMAS AASHTO

T19 Method of Test for Unit Weight and Voids in Aggregate 3.

TERMINOLOGÍA

3.1

DEFINICIONES

Las definiciones están de acuerdo con la terminología de la norma ASTM C125, a menos que se indique lo contrario. 3.1.1 Masa: la cantidad de materia en un cuerpo. 3.1.1.1 Discusión: la unidad de masa es el Kilogramo, y las unidades que de ésta se derivan. La masa puede ser visualizada como un equivalente de la inercia, o de la resistencia que ofrecen los cuerpos al cambio de movimiento (aceleración). Los pesos se comparan pesando los cuerpos, cuyas cantidades son comparables a las fuerzas de gravedad que actúan sobre ellos. 3.1.2 Masa unitaria: masa por unidad de volumen. 3.1.2.1 Discusión: el término peso significa la fuerza de gravedad que actúa sobre una masa. 3.1.3 Peso: la fuerza ejercida por la gravedad sobre un cuerpo. 3.1.3.1 Discusión: el peso es igual a la masa de un cuerpo multiplicada por la aceleración de la gravedad. El peso puede ser expresado en unidades absolutas (Newtons) o en unidades gravitacionales (kgf). Por ejemplo: en la superficie de la tierra, un cuerpo con una masa de 1 kg tiene un peso de 1 kgf (aproximadamente 9,81 N). Dado que el peso es igual a la masa por la aceleración de la gravedad, el peso de un cuerpo puede variar con respecto al lugar donde se determina, mientras que la masa del cuerpo permanece constante. En la superficie de la tierra, La fuerza de la gravedad imparte a los cuerpos en caída libre una aceleración de 9,81 m/s², aproximadamente.

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DESCRIPCIÓN DEL TÉRMINO ESPECÍFICO PARA ESTA NORMA

3.2.1 Vacíos: en la unidad de volumen del agregado, el espacio entre las partículas en una masa de agregado que no se encuentra ocupado por materia mineral sólida. 3.2.1.1 Discusión: los vacíos internos de las partículas, sean permeables o impermeables, no están incluidos en los vacíos que se determinan en esta norma. 4.

SIGNIFICADO Y USO

4.1 Esta norma se usa para determinar los valores de la masa unitaria necesarios para la selección de las proporciones de los agregados en las mezclas de concreto. 4.2 La masa unitaria puede ser usada también para la determinación de las relaciones masa/volumen para los acuerdos de compra. Sin embargo, se desconoce la relación entre el grado de compactación de los agregados en una unidad de acarreo o en una pila de almacenaje y el determinado por este método. Así mismo, los agregados en las unidades de acarreo o en las pilas de almacenaje usualmente contienen humedad absorbida y superficial (esta última afecta el análisis volumétrico), mientras que la norma determina la masa unitaria con base en los agregados secos. 4.3 Se incluye un procedimiento para el cálculo del porcentaje de vacíos entre las partículas de agregado, basado en la masa unitaria determinada en esta norma. 5.

APARATOS

5.1

BALANZA

Una balanza o báscula con precisión dentro del 0,1 % de la carga de ensayo en cualquier punto dentro del rango de uso, graduada como mínimo a 0,05 Kg. El rango de uso de la balanza es la diferencia entre las masas del molde lleno y vacío. Se estima la masa del molde lleno multiplicando su volumen por 1920 kg/m 3. 5.2

VARILLA DE APISONAMIENTO

Una varilla de acero lisa, redonda y recta de 16 mm de diámetro y de 600 mm de longitud aproximadamente, con uno de sus extremos redondeado en una punta semiesférica del mismo diámetro de la varilla. 5.3

MOLDE

Un recipiente metálico cilíndrico, provisto preferiblemente de manijas. Debe ser impermeable y con sus bordes superior e inferior alineados y uniformes, y suficientemente rígido como para mantener la forma bajo un uso fuerte. El molde debe tener una altura aproximadamente igual a su diámetro, pero en ningún caso su altura debe ser menor del 80 % o mayor del 150 % de su diámetro. La capacidad del molde debe estar conforme con los límites de la Tabla 1 para el tamaño del agregado que va a ser ensayado. El espesor del metal en el molde debe ser como el descrito en la Tabla 2. El borde superior debe ser pulido y plano dentro de los 0,25 mm y debe ser paralelo al fondo dentro de los 0,5 (véase la nota 2). La pared interior del molde debe ser una superficie continua y pulida.

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Nota 2. El borde superior se considera plano si un calibrador de 0,25 mm no puede insertarse entre el borde y un vidrio con un es pesor de 6 mm o menos colocado sobre el molde. El fondo y el borde superior se consideran paralelos si la pendiente entre dos vidrios en contacto con el borde superior y el fondo, no excede de 0,87 % en cualquier dirección.

5.3.1 Si el molde se usa también para la determinación de la masa unitaria del concreto según la NTC 1926, el molde debe ser de acero u otro material no reactivo con el cemento. Nota 3. Los moldes con una capacidad nominal de 0,028 m3 (28 L) deben ser de acero para dotarlos de mayor rigidez, o se debe incrementar el espesor mínimo de la Tabla 2 para las paredes del metal seleccionado. Tabla 1. Capacidad de los moldes

*

Tamaño máximo nominal de agregado (mm)

Capacidad del molde* (m3)

(L)

12,5

0,002 8

2,8

25,0

0,009 3

9,3

37,5

0,014 0

14,0 28,0

75,0

0,028 0

112,0

0,070 0

70,0

150,0

0,100 0

100,0

El volumen real del molde debe ser como mínimo un 95 % del volumen nominal tabulado. El molde por usar debe tener un tamaño acorde con el tamaño máximo nominal. Cada molde indicado debe usarse para ensayar agregados hasta del tamaño máximo nominal tabulado. Tabla 2. Requisitos de los moldes Capacidad del molde m3 (L)

Espesor mínimo del metal Fondo (mm)

*Borde superior de 38 mm de pared (mm)

Resto de pared (mm)

menos de 0,011 (11)

5,0

2,5

2,5

0,011 (11) a 0,042 (42)

5,0

5,0

3,0

0,042 (42) a 0,080 (80)

10,0

6,4

3,8

0,080 (80) a 0,133 (133)

13,0

7,6

5,0

El espesor adicionado en la porción superior de la pared puede obtenerse colocando una banda de refuerzo alrededor del borde superior del molde. 5.4

PALA O CUCHARÓN

Una pala o cucharón de tamaño conveniente para llenar el molde con agregado. 5.5

EQUIPO DE CALIBRACIÓN

Un vidrio plano como mínimo de 6 mm de espesor y como mínimo 25 mm más largo que el diámetro del molde que va a ser calibrado. Para prevenir escapes puede usarse una grasa viscosa.

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MUESTREO

El muestreo debe llevarse a cabo generalmente siguiendo los requisitos de la NTC 129, y la reducción de muestra de acuerdo con la norma ASTM C702. 7.

MUESTRA DE ENSAYO

El tamaño de la muestra debe ser aproximadamente del 125 % al 200 % de la cantidad requerida para llenar el molde, y debe ser manipulada de tal forma que se evite la segregación. Se seca la muestra del agregado de una masa esencialmente constante, preferiblemente en un horno a una temperatura de 110 °C ± 5 °C. 8.

CALIBRACIÓN DEL MOLDE

8.1 Se llena el molde con agua a la temperatura del sitio y se cubre con una placa de vidrio con el fin de eliminar las burbujas y el agua excedente. 8.2

Se determina la masa del agua en el molde utilizando la balanza descrita en el numeral 5.1.

8.3 Se mide la temperatura del agua y se determina su densidad a partir de la Tabla 3, interpolando, si es necesario. 8.4 Se calcula el volumen, V, del molde, dividiendo la masa del agua requerida para llenarlo por su respectiva densidad. Alternativamente, se calcula el factor (1/V) para el molde dividiendo la densidad del agua por la masa requerida para llenarlo. Tabla 3. Densidad del agua Temperatura (°C)

Densidad (kg/m 3)

15,6

999,01

18,3

998,54

21,1

997,97

23,0

997,54

23,9

997,32

26,7

996,59

29,4

995,83

Nota 4. Para el cálculo de la masa unitaria, el volumen del molde debe ser expresado en metros cúbicos, o el factor como 1/m 3. Sin embargo, por conveniencia, el tamaño del molde puede expresarse en litros.

8.5 Los moldes deben recalibrarse como mínimo una vez al año, a no ser que haya una razón para dudar de la precisión de la calibración. 9.

SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO

El procedimiento por paleo debe ser usado para la determinación de la masa unitaria suelta. Por otro lado, la masa unitaria compacta debe determinarse por el procedimiento de 5

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apisonamiento para agregados con tamaños máximos nominales de 37,5 mm o menores, o por el procedimiento de golpeteo para agregados que tienen un tamaño máximo nominal superior a los 37,5 mm y que no exceda los 150 mm. 10.

PROCEDIMIENTO DE APISONAMIENTO

10.1 Se llena una tercera parte del molde y se nivela la superficie con los dedos. Se apisona la capa del agregado con 25 golpes de la varilla de apisonamiento, distribuidos uniformemente sobre la superficie. Luego se completan las dos terceras partes del molde y se nivela y se apisona nuevamente. Finalmente, se llena el molde completo y se apisona de nuevo en la forma antes descrita. Se nivela la superficie del agregado con los dedos o con una plantilla recta de tal forma que las partes sobresalientes de las partículas más grandes que conforman el agregado grueso compensen aproximadamente los vacíos dejados en la superficie bajo el borde del molde. 10.2 En el apisonamiento de la primera capa, no se debe permitir que la varilla de apisonamiento golpee el fondo del molde. En el apisonamiento de la segunda y tercera capas, se aplica un esfuerzo vigoroso, pero no tan exagerado que cause la penetración de la varilla de apisonamiento en la capa previa del agregado. Nota 5. En el apisonamiento de los mayores tamaños del agregado grueso, en lo posible no debe ser penetrada la capa antes compactada. El éxito del procedimiento se logra si se aplica un esfuerzo vigoroso, especialmente con los agregados angulares.

10.3 Se determina la masa del molde más su contenido, y la masa del molde por separado y se registra los valores con una aproximación de 0,05 kg. 11.

PROCEDIMIENTO POR GOLPETEO DEL MOLDE

11.1 Se Llena el molde con tres capas aproximadamente iguales como se describe en el numeral 10.1, se coloca el molde sobre una base firme, y se compacta cada capa levantando las caras opuestas alternativamente cerca de 50 mm y permitiendo su caída de tal forma que se golpee fuertemente. Por este procedimiento, las partículas de agregado se acomodan en una condición densamente compactada. Se compacta cada capa por sacudimiento del molde 50 veces de la manera descrita, 25 veces en cada cara. Se nivela la superficie del agregado con los dedos o con una plantilla recta de tal forma que las partes sobresalientes de las partículas más grandes que conforman el agregado grueso compensen aproximadamente los vacíos dejados en la superficie bajo el borde del molde. 11.2 Se determina la masa del molde más su contenido y la masa del molde por separado y se registran los valores con una aproximación de 0,05 kg. 12.

PROCEDIMIENTO POR PALEO

12.1 Se llena completamente el molde por medio de una pala o cuchara, descargando el agregado desde una altura que no exceda los 50 mm sobre el borde del molde. Se prevé, en lo posible, la segregación de los tamaños de las partículas que componen la muestra. Se nivela la superficie del agregado con los dedos o con una plantilla recta de tal forma que las partes

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sobresalientes de las partículas más grandes que conforman el agregado grueso compensen aproximadamente los vacíos dejados en la superficie bajo el borde del molde. 12.2 Se determina la masa del molde más su contenido y la masa del molde por separado. Se registran los valores con una precisión de 0,05 kg. 13.

CÁLCULOS

13.1

MASA UNITARIA

Se calcula la masa unitaria para los procedimientos de apisonamiento, golpeteo del molde y por paleo de la siguiente manera: M = (G - T)/ V

o M = (G - T) x F

Donde : M

=

masa unitaria del agregado (kg/m 3)

G

=

masa del agregado más el molde (kg)

T

=

masa del molde (kg)

V

=

volumen del molde (m3)

F

=

factor para el molde (1/m3)

13.1.1 La masa unitaria determinada por esta norma es para agregados en condición de secado al horno. Si se desea determinar la masa unitaria en términos de la condición saturada y superficialmente seca (SSS), utilice el mismo procedimiento de esta norma, calculando la masa unitaria SSS con la siguiente fórmula:

M SSS = M[1 + (A/100)]

Donde : M(SSS) = A

13.2

=

masa unitaria en condición SSD (kg/m 3), y % de absorción, determinado de acuerdo con la NTC 176 y la NTC 237

CONTENIDO DE VACÍOS

Se calcula el contenido de vacíos en el agregado usando la masa unitaria obtenido por cualquiera de los tres procedimientos, de la siguiente forma: 7

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% Vacíos = 100 [(S x W) - M]/(S x W)

Donde : M

=

masa unitaria del agregado (kg/m 3)

S

=

gravedad específica Bulk (base seca), determinada de acuerdo con la NTC 176 y la NTC 237

W

14.

=

densidad del agua (998 kg/m 3).

INFORME

14.1 Reporte los resultados de la masa unitaria aproximados a los 10 kg/m 3 como se indica a continuación:

14.2

15.

-

Masa unitaria por apisonamiento, o

-

Masa unitaria por golpeteo del molde, o

-

Masa unitaria suelta.

Reporte los resultados del contenido de vacíos aproximados al 1 % como sigue: -

Vacíos en agregado compactado por apisonamiento, %, o

-

Vacíos en agregado compactado por concentración, %, o

-

Vacíos en agregado suelto, %.

PRECISIÓN Y SESGO

15.1 La siguiente información corresponde a estudios efectuados en los Estados Unidos de América y están basados en los resultados de la AASHTO Materials Reference Laboratory (AMRL) Reference Sample Program, que hicieron ensayos a partir de esta norma y de la norma AASHTO T19. No existen diferencias significativas entre las dos normas. Los datos se basan en el análisis de más de 100 parejas de ensayos elaborados entre 40 y 100 laboratorios. Por lo tanto, y mientras no se efectúen los mismos tipos de estudio en Colombia, esta información será simplemente una referencia. 15.2

AGREGADO GRUESO (masa unitaria):

15.2.1 Precisión de un solo operador La desviación estándar hallada para un único operador es de 14 kg/m 3 (1S). Así mismo, los resultados de dos ensayos apropiadamente conducidos por un mismo operador sobre material de características similares no debe diferir en más de 40 kg/m 3 (D2S).

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15.2.2 Precisión multilaboratorio La desviación estándar multilaboratorio hallada es de 30 kg/m 3 (1S). Así mismo, los resultados de dos ensayos conducidos apropiadamente en dos laboratorios diferentes sobre material de características similares, no deben diferir en más de 85 kg/m 3 (D2S). 15.2.3 Estos números representan respectivamente los límites de (1S) y (D2S) descritos en la norma ASTM C670. Los esti...