SEGUNDO INFORME

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2. MARCO TEORICO
Densidad
La densidad es una característica física importante de un material. Se define como la relación entre la masa de un objeto y su volumen. 
Se puede deducir que la densidad es inversamente proporcional al volumen: mientras menor sea el volumen ocupado por determinada masa, mayor será la densidad.
Agregado Fino:
Densidad nominal 
Es la relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo los poros no saturables, y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a temperatura establecida. [1]
En la norma NTC 237, para agregados finos su fórmula es: [9]
: Densidad Nominal. 
S: La masa de la muestra en estado SSS. 
B: Masa del picnómetro lleno con agua. 
C: Masa del picnómetro con la muestra y el agua hasta la marca de calibración.
A: Representa el peso de la muestra seca en el horno.
Densidad Aparente
La relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo sus poros saturables y no saturables, (pero sin incluir los vacíos entre las partículas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida. [1]
En la norma NTC 237, para agregados finos su fórmula es: [9]
Densidad Aparente SSS
Densidad Aparente (SSS). La relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo la masa del agua dentro de los poros saturables, (después de la inmersión en agua durante aproximadamente 24 horas), pero sin incluir los vacíos entre las partículas, comparado con la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida. [1]
En la norma NTC 237, para agregados finos su fórmula es: [9]
Porcentaje de absorción
En la norma NTC 237, para agregados finos su fórmula es: [9]
Absorción
La absorción en los agregados, es el incremento en la masa del agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partículas, expresado como un porcentaje de la masa seca. [1]
Agregado Grueso:
Densidad nominal 
Es la relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo los poros no saturables, y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a temperatura establecida. [1]
En la norma NTC 176, para agregados gruesos su fórmula es: [10]
B: Masa en el aire de la muestra de ensayo saturada y superficialmente seca.
C: Representa el peso de la muestra sumergida.
A: Masa en el aire de la muestra de ensayo secada al horno.
Densidad Aparente
La relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo sus poros saturables y no saturables, (pero sin incluir los vacíos entre las partículas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida. [1]
En la norma NTC 176, para agregados gruesos su fórmula es: [10]
Densidad Aparente
La relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo sus poros saturables y no saturables, (pero sin incluir los vacíos entre las partículas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida. [1]
En la norma NTC 176, para agregados gruesos su fórmula es: [10]
Porcentaje de absorción
En la norma NTC 176, para agregados gruesos su fórmula es: [10]
Absorción
La absorción en los agregados, es el incremento en la masa del agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partículas, expresado como un porcentaje de la masa seca. [1]
Agregados 
Los agregados son materiales inorgánicos naturales o artificiales que una de las varias tareas que desempeña en la construcción es conformar el esqueleto granular de morteros y hormigones. [2]
Segundo laboratorio
Masa Unitaria 
La masa unitaria definida como unidad de masa por volumen, esto hará relación de cómo se comportará el material en estado suelto y en estado apisonado, estos valores necesarios en el diseño de mezclas, en el que el suelto representará el material en el momento que se solicita y/o se descargue en la obra o en la concretera, el apisonado mostrará el comportamiento del material al momento de realizar la mezcla del concreto. [3]
La norma NTC 92 se encuentra la forma para calcular las masas unitarias de forma suelta y compactada en los agregados finos y gruesos. [7]
La ecuación 5 hace parte de aquellas muestras que primeramente son secadas al horno y teniendo en cuenta la norma presenta la forma de tener una masa unitaria para la condición SSS, mediante la ecuación 10:
Vacíos
Es el espacio entre las partículas que no es ocupado por materia sólida. [7]
: Densidad Nominal. 
: Masa Unitaria
Tabla 1. Rango de porcentajes de vacíos según el tipo de agregado [7]
En la tabla 1 se especifica los porcentajes e vacíos según el agregado y eso se extrae de la norma NTC 92. [7]
Tercer laboratorio
Cemento Portland
El Cemento Portland es un polvo de color grisáceo que se presenta en sacos y que, cuando se mezcla con agua, materiales áridos y con componentes de acero, forma una estructura sólida y duradera. A esta estructura se la denomina hormigón y es la base de gran parte de las edificaciones modernas. [4]
El Cemento Portland fue inventado por el constructor Joseph Aspdin en 1824. El nombre de este tipo de cemento viene dado por la semejanza de su color con las piedras de la isla de Portland, al sur del Reino Unido. [4]
Figura 1. Cemento Portland
En la figura 1, Ilustra el color del cemento. 
Tipos de Cemento Portland
Tipo I
Es cemento normal. Se obtiene mezclando yeso con Clinker. Se emplea en muchas construcciones industriales y civiles (pavimentos, estructuras, viviendas, etc.). [5]
Se utiliza en la mayor parte de los proyectos, a no ser que las especificaciones de la construcción aconsejen lo contrario. [5]
A favor de este tipo de cemento: su resistencia inicial y menor tiempo de desencofrado. [5]
Este tipo de cemento es un polvo de color gris, algo verdoso. Su densidad, peso aparente, en estado suelto es de 1150 a 1400 Kg. por m³ y el peso específico real es de 3100 a 3200 Kg. [6]
Tipo II
Es un cemento modificado, realmente útil en construcciones que precisen de gran cantidad de hormigón (como, por ejemplo, una presa) o que ofrezcan resistencia al ataque de sulfatos o cloruros (obras que estén en contacto con el agua, aquí también sirve el ejemplo de la presa). [5]
No obstante, también podemos encontrar este cemento en puentes o tuberías de hormigón. [5]
El tipo II del Portland consigue su resistencia con mayor lentitud que el tipo I, aunque termina por igualarlo. Entre sus principales características, podemos destacar su resistencia a la degradación y la corrosión, de modo que no tengamos que preocuparnos por darle a la construcción un mantenimiento constante y exhaustivo para alargar su vida útil. [5]
Tipo III
Ofrece una gran resistencia inicial, pero va aumentándola con el paso de los días. Es decir, necesita 7 días para conseguir la resistencia del tipo I y 28 días para el de tipo II. [5]
Se emplea para construcciones de emergencia o elementos prefabricados. Podríamos decir que es muy recomendable en aquellos casos en los que necesitemos una resistencia acelerada. [5]
Tipo IV
Es un cemento con bajo calor de hidratación, por lo que se utiliza en obras que no precisan de mucha resistencia inicial. [5]
Es utilizado en grandes obras de hormigón, como túneles o presas. [5]
Alcanza su resistencia óptima después de 30 días. Sin embargo, el procedimiento continúa lentamente, no se detiene. [5]
Tipo V
Es un cemento empleado en la construcción de obras o elementos que necesitan una fuerte resistencia ante el ataque de álcalis y sulfatos (tuberías, losas, alcantarillas, infraestructuras portuarias, etc.). [5]
Para conseguir esto, hay que reducir la cantidad de aluminato tricálcico, componente de mayor vulnerabilidad ante los sulfatos. [5]
En la norma NTC-221 describe el proceso para calcular la densidad de la muestra de un cemento. [8]
Laecuación 14 se debe tener en cuenta que la densidad del agua a 4°C es igual a 1 . [8]
PROCEDIMIENTO
Se llevaron a cabo tres laboratorios ordenados de la siguiente manera:
Primer Laboratorio: Densidades, absorción y Porosidad
Este laboratorio se realizó de la siguiente manera tanto para agregado fino y para agregado grueso
Agregado Fino:
Primero, se pesó el molde vacío en la báscula para obtener su peso inicial. A continuación, se pesó el molde junto con la muestra para registrar el peso total. Posteriormente, se utilizó un picnómetro, el cual se llenó con agua hasta sus límites entre las marcas de 0 y 1. Se pesó el picnómetro con agua y, después, se agregó la muestra utilizando un embudo para evitar derrames. Finalmente, se volvió a pesar el picnómetro con la muestra. Para concluir el procedimiento, la muestra se llevó al horno con el fin de obtener su secado completo.
Agregado Grueso
El procedimiento comienza extrayendo la muestra de un recipiente con agua para realizar el secado superficial, que consiste en presionar las rocas con una manta. Posteriormente, se determina el peso del molde vacío, seguido del peso del molde con la muestra. Luego, la muestra se transfiere a un recipiente y se pesa en una balanza hidrostática o balanza de muestra sumergida. Finalmente, la muestra se retira y se lleva al horno para su secado completo.
Segundo Laboratorio: Masas Unitarias y Porcentajes de vacíos
Al igual que el anterior este también se trabajaron agregados finos y gruesos, además de eso se llevó a cabo el procedimiento de paleo que es suelto y compactado y utilizamos el apisonamiento porque TMN ≤ ” de la siguiente manera:
Paleo:
Es aplicado para agregado suelto, tanto para grueso como para fino haciendo el procedimiento 2 veces, se pesa el molde cilíndrico solo, luego se llena el molde colocando la pala a aproximadamente a 5cm del borde, se le quitaba el exceso de muestra y luego se pesa el molde con la muestra.
Apisonamiento:
Es aplicado para agregado compactado, tanto para grueso como para fino haciendo el procedimiento 2 veces, Se llena con agregado el molde a ⅓ de su capacidad, se dan 25 golpes con una varilla de apisonamiento, seguido de ello se vuelve a llenar el molde a ⅔ de su capacidad, y se repite el paso anterior, hasta llenar el molde, Una vez lleno el molde se nivela y se toma la medida del peso.
Calibración del molde: Se pesa el molde solo, luego el peso del molde mas el vidrio, por ultimo se llena el recipiente de agua y se nivela con la tapa con el fin de eliminar las burbujas y finalmente se toma el peso del recipiente, esto con el fin de obtener el volumen del molde.
Tercer Laboratorio: Determinar la densidad del Cemento Hidráulico
Para medir la densidad del cemento, se utilizó un frasco de Chatelier. El procedimiento consistió en llenar el frasco con gasolina hasta el nivel 5-1. Posteriormente, se introdujeron 60 gramos de cemento en el frasco para proceder con la medición. La medida se tomó dos veces para asegurar la precisión del dato obtenido.
PROCESO Y ANALISIS DE DATOS
Primer Laboratorio:
Análisis de la partícula teniendo en cuenta la NTC 176 Agregados Gruesos y NTC 237 Agregados Finos.
Calcular 3 densidades tanto para agregados finos y gruesos, por lo tanto, se deben calcular 6 densidades y 2 datos de absorción.
Para la densidad del agua se utiliza una de 0.99753 a una temperatura de 23°C ±2
Agregado Fino:
Teniendo en cuenta la NTC 237, se realizo el laboratorio siguiendo el procedimiento y también se obtuvo de esa norma datos como, por ejemplo, la masa de la muestra. 
En la tabla 2, se encuentra organizado los datos usados para poder calcular las densidades y el porcentaje de absorción usando las ecuaciones correspondientes a cada densidad consignadas en este informe y dadas por la norma.
Tabla 2. Datos de agregado fino para las densidades
Fuente: Propia
En la tabla 2, se observa los siguientes factores extraídos de la norma NTC 237:
Wb: El peso de la bandeja. 
WAFM SSS: La masa de la muestra en estado SSS (S). 
WPic+H2O: Masa del picnómetro lleno con agua (B). 
WPic+H2O+Wmuestra: Masa del picnómetro con la muestra y el agua hasta la marca de calibración (C).
WAfM SSS: Representa el peso de la muestra seca en el horno (A).
Es importante recalcar que la densidad del agua a una temperatura de 23 °C ± 2 °C tiene un valor de 0,9975.
Densidad Nominal
Se aplica la ecuación 2 y se obtiene la densidad nominal:
3
Densidad Aparente
Se usa la ecuación 3 y se obtiene la densidad aparente:
3
Densidad Aparente SSS
Se aplica la ecuación 4 y se obtiene la densidad aparente SSS:
3
Porcentaje de Absorción
Para hallar el porcentaje de absorción se usa la ecuación 5.
Los resultados de las densidades y el porcentaje de absorción se resumirán en la tabla 3.
Tabla 3. Resultado de densidades de agregado fino.
Fuente: Propia
Se puede observa en la tabla 3 que la densidad nominal es de mayor valor a comparación de las otras densidades y esto se debe que al no considerar los espacios vacíos, la densidad nominal siempre será mayor, ya que se está tomando en cuenta únicamente el volumen del material sólido.
La densidad aparente SSS es mayor que la densidad aparente porque en la SSS los poros están saturados con agua, lo que aumenta la masa total del material.
Agregado Grueso:
Teniendo en cuenta la NTC 176, se realizó el laboratorio siguiendo el procedimiento y también se obtuvo de esa norma datos como, por ejemplo, la temperatura para obtener una masa constante. 
En la tabla 4, se encuentra organizado los datos usados para poder calcular las densidades y el porcentaje de absorción usando las ecuaciones correspondientes a cada densidad consignadas en este informe y dadas por la norma.
Tabla 4. Datos de agregado grueso para las densidades
En la tabla 4, se observa los siguientes factores extraídos de la norma NTC 176:
Wb: El peso del platón. 
WAGM SSS: Masa en el aire de la muestra de ensayo saturada y superficialmente seca (B). 
WAG SSS sumergida: Representa el peso de la muestra sumergida (C).
Agregado Seco: Masa en el aire de la muestra de ensayo secada al horno (A).
Es importante recalcar que la densidad del agua a una temperatura de 23 °C ± 2 °C tiene un valor de 0,9975.
Densidad Nominal
Se aplica la ecuación 6 y se obtiene la densidad nominal:
3
Densidad Aparente
Se usa la ecuación 7 y se obtiene la densidad aparente:
3
Densidad Aparente SSS
Se aplica la ecuación 8 y se obtiene la densidad aparente SSS:
3
Porcentaje de Absorción
Para hallar el porcentaje de absorción se usa la ecuación 9.
Los resultados de las densidades y el porcentaje de absorción se resumirán en la tabla 5.
Tabla 5. Resultado de densidades de agregado grueso.
Fuente: Propia
En la tabla 5, al igual que a los agregados finos se ve que la densidad nominal es de mayor valor a comparación de las otras densidades y esto se debe que al no considerar los espacios vacíos, la densidad nominal siempre será mayor, ya que se está tomando en cuenta únicamente el volumen del material sólido.
La densidad aparente SSS es mayor que la densidad aparente porque en la SSS los poros están saturados con agua, lo que aumenta la masa total del material.
Al centrarse en él % de absorción en las tablas 3 y 5, se observa que el mayor % de absorción son la de los agregados finos y esto al analizarlo se debe a que tiene mayor superficie especifica y esto implica que hay más área en contacto con el agua, lo que facilita una mayor absorción. Otra razón es que los agregados finos tienden a ser más porosos que los agregados gruesos, esto indica una mayor cantidad de micro-poros en su estructura interna que pueden retener agua.
Segundo Laboratorio
Análisis del conjunto de partículas (CP), teniendo en cuenta la NTC 92.
Para la masas unitarias y porcentajes de vacíos de los agregados finos y gruesos son parecidos, teniendo en cuenta la norma NTC 92, se calculan seis valores de masas unitarias de forma suelta y compactada.
Para este laboratorio se utiliza una densidad de 1 3
Se realizo la calibracióndel molde en donde sus datos se representan en la tabla 6.
Tabla 6. Calibración del molde.
Fuente: Propia
Se procede a calcular el volumen del molde:
 3
Agregado Fino (Suelto)
En la tabla 7 se presenta los datos realizados en el laboratorio de masas unitarias de agregados finos. 
Tabla 7. Datos de agregado fino para poder calcular masas unitarias y porcentaje de vacíos
Fuente: Propia
En la ecuación 10 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados finos sueltos (seco). 
 
En la ecuación 11 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados finos sueltos (SSS).
1,5654 
En la ecuación 12 se calcula el % de vacíos en los agregados finos sueltos.
%
Agregado Fino (Compactado)
En la ecuación 10 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados finos compactados (seco).
 
En la ecuación 11 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados finos compactados (SSS).
1,7479 
En la ecuación 12 se calcula el % de vacíos en los agregados finos compactado.
%
Agregado Grueso (Suelto)
En la tabla 8 se presenta los datos realizados en el laboratorio de masas unitarias de agregados gruesos. 
Tabla 8. Datos de agregado grueso para poder calcular masas unitarias y porcentaje de vacíos
Fuente: Propia
En la ecuación 10 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados gruesos sueltos (seco). 
 
En la ecuación 11 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados gruesos sueltos (SSS).1,4834 
En la ecuación 12 se calcula el % de vacíos en los agregados finos sueltos.
%
Agregado Grueso (Compactado)
En la ecuación 10 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados gruesos compactados (seco).
 
En la ecuación 11 se obtendrá la masa o peso unitario (Mµ ó Ƴ) para las los agregados gruesos compactados (SSS).
1,6148 
En la ecuación 12 se calcula el % de vacíos en los agregados gruesos compactados.
%
Según la norma NTC 176 - Determinación de la masa unitaria y el porcentaje de vacíos en el agregado fino se encuentra entre los rangos establecidos para el porcentaje de vacíos, los resultados del ensayo están entre el 30% - 40% y los valores promedio están definidos de 30% - 45%. El agregado grueso los resultados del laboratorio están entre 38% – 45% y sus límites están definidos entre 30% - 50%.
La masa unitaria del agregado fino y agregado grueso es mayor cuando esta compactada que cuando esta suelta y esto se debe a la reducción de vacíos ya que al compactar un agregado, las partículas se acomodan de forma más cercana entre sí, lo que reduce el volumen de los espacios vacíos o intersticiales entre las partículas. En un estado suelto, las partículas tienen más espacio entre ellas, lo que deja más vacíos en el material y al reducir los vacíos entre partículas aporta mayor masa. 
Tercer Laboratorio
Determinar la densidad del cemento hidráulico
Para ello se tuvo en cuenta la NTC-221, por medio de la ecuación #. Para el laboratorio se tomo una masa de 60 g, luego se realizó una medición del volumen desplazado y se tomó dos lecturas iniciales de 0,6 ml y también se toma tres lecturas finales, la primera de 20,9 ml y las dos últimas 20,8 ml, en este caso se tomará la lectura final de 20,8 ml. para sacar el volumen total desplazado realizamos la resta del final menos el inicial y obtenemos un volumen de 20,6ml.
Según la ecuación 13, la densidad del cemento ρ, se calcula de la siguiente manera:
Para calcular la densidad relativa se usa la ecuación 14:
Teniendo en cuenta el rango de la densidad del cemento Portland tipo I: Densidad real: 3.0 a 3.15 g/cm³ (3000 a 3150 kg/m³), se observa que es aceptable la densidad arrojada en el desarrollo del laboratorio. Para hallar la densidad relativa se usa la ecuación #.
La densidad del agua a 4°C es igual a 1 ; por lo tanto, la densidad relativa quedaría de la siguiente manera:
Dicho valor indica que el cemento analizado presenta una densidad que es 2.97 veces la del agua a 4°c
REFERENCIAS 
[1] Artedinamico. (s/f). AJH Soluciones Integrales, diseño estructural Medellín, Ingenieros calculistas Medellín, Ingenieria civil Medellin, Ingenieros consultores Medellin, Ingenieria estructural, Construcción de edificaciones comerciales, Desarrollo inmobiliario, diseño estructural medellin, construccion de obras civiles medellin, ingenieros geologos medellín, ingenieros estructurales. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://www.sioingenieria.com/portal/novedades/densidad-y-absorcion-de-agregados-petreos.
[2] Agregados. (s/f). Edu.uy. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://www.fing.edu.uy/es/node/47997
[3] (S/f). Edu.co. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://ftecnologica.udistrital.edu.co/laboratorios/civiles/sites/lab-civiles/files/practica/2023-06/MASA%20UNITARIA%20AGREGADO%20GRUESO.pdf
[4] RUBI. (2023, agosto 4). Cemento Portland: ¿Qué es y cuáles son sus ventajas? RUBI Blog ES. https://www.rubi.com/es/blog/cemento-portland-que-es/
[5] Cosquiere, R. (2021, abril 21). Cemento Portland. BECOSAN®. https://www.becosan.com/es/cemento-portland/
[6] MATERIALES. (s/f). Halinco.de. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de http://www.halinco.de/html/proy-es/tec_const/Horm-Armado/Materiales.html
[7] NTC 92 Determinación de la Masa Unitaria y los Vacíos entre Partículas de Agregados. (s/f). Kupdf.net. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://kupdf.net/download/ntc-92-determinaci-oacute-n-de-la-masa-unitaria-y-los-vac-iacute-os-entre-part-iacute-culas-de-agregados_58f5a7f1dc0d601244da9898_pdf
[8] (S/f-b). Academia.edu. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://www.academia.edu/27829532/NORMA_T%C3%89CNICA_NTC_COLOMBIANA_221_INGENIER%C3%8DA_CIVIL_Y_ARQUITECTURA._CEMENTOS._M%C3%89TODO_DE_ENSAYO_PARA_DETERMINAR_LA_DENSIDAD_DEL_CEMENTO_HIDR%C3%81ULICO?auto=download
[9] (S/f-c). Academia.edu. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://www.academia.edu/37098066/NORMA_T%C3%89CNICA_NTC_COLOMBIANA_237_INGENIER%C3%8DA_CIVIL_Y_ARQUITECTURA._M%C3%89TODO_PARA_DETERMINAR_LA_DENSIDAD_Y_LA_ABSORCI%C3%93N_DEL_AGREGADO_FINO
[10] NTC 176 método de ensayo para determinar la densidad y la absorción Del agregado Grueso. (s/f). Kupdf.net. Recuperado el 5 de octubre de 2024, de https://kupdf.net/download/ntc-176-metodo-de-ensayo-para-determinar-la-densidad-y-la-absorcion-del-agregado-grueso_59e6cc3608bbc5033ee65309_pdf
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