PRESENTACIÓN Los agregados, conformados por las arenas (agregado fino) y las gravas (Agregado grueso), constituyen más del 70% en una mezcla para la elaboración del hormigón u concreto, material estructural y de construcción por excelencia. Se conocen también como áridos, expresión utilizada para definir un material que no debe tener reacción química de ningún tipo con el cementante, el agua o con otros aditivos naturales o químicos; sin embargo, el fenómeno de la reacción álcalis – agregado descubierta muchos años atrás, muestra que esta pasividad no es tan evidente. Lo anteriormente descrito, constituyen razones importantes para conocer acerca de los agregados. Este documento, para un estudio inicial de los mismos, de conceptos generales, ha sido divido en cuatro capítulos, basados en una introducción, en las curvas granulométricas, en la petrografía, y en la reacción álcalis – agregado. agregado. Se ha preparado para los cursos de Estructuras y Materiales de Construcción, y con el fin de brindar un mejor entendimiento entendimiento al estudio e studio del concreto, como material estructural y como material materia l de construcción, respectivamente. respectivame nte.
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1. LOS AGREGADOS 1.1. INTRODUCCIÓN Es el conjunto de partículas inorgánicas, de origen natural o artificial, cuyas dimensiones están comprendidas en la NTP 400.011. Los agregados son la parte inerte del concreto, sin embargo al constituir entre 65% y 75% aproximadamente del total del concreto, debemos tener muy clara su importancia, la cual antiguamente y durante muchos años fue poco considerada. Los agregados no solamente son componentes del concreto; una clasificación sobre su uso, permite “hablar” de: agregados para concretos y morteros, agregados para concretos asfálticos, agregados para carreteras, agregados para aplicaciones industriales, agregados ligeros, entre otros. Los agregados que cumplen con condiciones deseables, se denominan agregados de calidad, y están constituidos, entonces, por partículas durables, limpias, duras, resistentes, y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla yotros materiales finos que pueden afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. Los agregados también son denominados como áridos, y se definen como fragmentos rocosos que proceden de la desintegración de las piedras naturales.
1.2 Agregado fino. Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como agregado fino, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz #4 y queda retenido en el tamiz #200.
Composición El agregado fino consistirá en arena natural proveniente de canteras aluviales o de arena producida artificialmente. La forma de las partículas deberá ser generalmente cúbica o esférica y razonablemente libre de partículas delgadas, planas o alargadas. La arena natural
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estará constituida por fragmentos de roca limpios, duros, compactos, durables. En la producción artificial del agregado fino no deben utilizarse rocas que se quiebren en partículas laminares, planas o alargadas, independientemente del equipo de procesamiento empleado.
1.3 Características de los Agregados Finos para su utilización: - Procedencia del agregado fino. El agregado fino deberá proceder de la trituración de piedra de cantera o grava natural en su totalidad, o en parte de yacimientos naturales. Regularmente se emplea arena natural en la elaboración de mezclas asfálticas que van a ser empleadas en pavimentos con una baja intensidad de tráfico y a bajos niveles de cargas, se deberá señalar la proporción máxima de arena natural no triturada, a emplear en la mezcla, la cual regularmente no será superior al 10% de la masa total del agregado combinado y sin que supere el porcentaje de agregado fino triturado empleado en la mezcla, la limitación de la cantidad de arena rodada o no triturada que puede incorporarse a la mezcla, se hace por temor a una disminución de la rigidez final de ésta. - Limpieza del agregado fino. El agregado fino deberá estar exento de terrones de arcilla, materia vegetal, marga y otras materias extrañas, para evitar que se presenten comportamientos extraños del material dentro de la mezcla, tales como reacciones químicas, pérdida de estabilidad de la mezcla, abundamientos, entre otros.
Pruebas de impurezas. Es necesario que la arena este limpia para poder garantizar un concreto de calidad. La arena contiene impurezas tales como greda, arcilla, mica y materias orgánicas. No se debe utilizar arena que contenga más de un 3% de greda o arcillas. Para garantizar el contenido de limo o greda, se puede utilizar un recipiente de 1 litro de capacidad. Se vierten unos 5 cm de arena seca en la jarra y se agrega agua hasta 3/4 partes de recipiente. Se tapa y se agita vigorosamente; se termina con un suave movimiento giratorio para nivelar la muestra.
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El agua que quede sobre la muestra se verá sucia, enturbiada por las partículas finas en suspensión. Se deja reposar la muestra durante una noche. Gradualmente, esto finos se asentaran en la superficie de la muestra, formando una capa de material de color café claro, fácilmente distinguible del resto de la muestra. Si esta capa superior alcanza más de 3 mm, el uso de esta arena es objetable para elaborar concreto y se debe lavar minuciosamente antes de aceptarla. Para la prueba de matería orgánica, sea utiliza un frasco de vidrio transparente, de unos 355 ml de capacidad, que se puede conseguir en cualquier farmacia. Se llena la botella con la arena que se quiere probar hasta la marca de 130 ml; se agrega una solución al 3% de hidróxido de sodio en agua, hasta que el volumen de la arena y el liquido, indicado después de agitar, se de unos 200 ml (se puede preparar la solución caustica, agregando unos 30 gr de hidróxido de sodio a un litro de agua); se tapa bien el frasco, se agita vigorosamente y se deja reposar durante 24 horas. Si no contienen sustancias orgánicas, el líquido que quede sobre la muestra será transparente o casi transparente. El líquido de color ligeramente pajizo es aceptable. Más allá de esta etapa, el líquido comienza a adoptar el color de té, de claro hasta obscuro. El tinte claro marca el límite aceptable para el empleo de la arena en prueba. Los tonos más obscuros indican porcentajes de materia orgánica superiores a los admisibles, por lo que esta arena no debe ser empleada para el concreto. - Resistencia a la fragmentación del agregado fino. El material que se triture para obtener agregado fino deberá cumplir las condiciones exigidas al agregado grueso sobre el coeficiente de desgaste Los Ángeles. Se recomienda usar agregado fino de otra naturaleza, que mejore alguna característica, especialmente la adhesividad, pero en cualquier caso procederá de agregado grueso con coeficiente de desgaste de Los Ángeles inferior a 25 para capas de rodadura e intermedias y a 30 para capas de base. - Adhesividad del agregado fino. Respecto a los fenómenos de adhesividad agregado fino – ligante, hay que tener en cuenta que las acciones químicas o químico – físicas en las partículas de menor tamaño son más complejas. Su mayor superficie específica, facilidad para acumular humedad y gran heterogeneidad de su naturaleza determinan una mayor sensibilidad a 4
toda clase de transformaciones químicas, fenómenos polares y de adhesividad, absorción, etc.
1.4 Propiedades deseables de los Agregados Finos para su utilización: En general, el agregado fino o arena deberá cumplir con los requisitos establecidos en la norma, es decir, no deberá contener cantidades dañinas de arcilla, limo, álcalis, mica, materiales orgánicos y otras sustancias perjudiciales. El conocimiento de las propiedades de los agregados permite prever el desempeño del concreto al cual será incorporado. Los ensayos que se realizan para el agregado fino, se realizan los siguientes ensayos: análisis granulométrico (módulo de finura), densidad relativa del agregado saturado con superficie seca y seco, material fino mayor del tamiz no. 200, absorción de agua a las 24 horas, materia carbonosa, materia orgánica, terrones de arcilla y partículas friables, equivalente de arena, y método de ensayo de durabilidad por ataque con sulfato de sodio. El máximo porcentaje en peso de sustancias dañinas no deberá exceder de los valores siguientes, expresados en porcentaje del peso:
Sustancia
Norma
Límite máximo (%)
Material que pasa por el tamiz nº 200
(ASTM C 117)
3%
Materiales ligeros
(ASTM C 123)
1%
Grumos de arcilla
(ASTM C 142)
1%
Total de otras sustancias dañinas (como álcalis, mica, limo)
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2%
Pérdida por meteorización
(ASTM C 88, método Na2SO4)
10%
Granulometría El agregado fino deberá estar bien gradado entre los límites fino y grueso y deberá llegar tener la granulometría siguiente:
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Tamiz U.S.Standard
Dimensión de la malla (mm)
Porcentaje en peso que pasa
N° 3/8”
9,52
100
N° 4
4,75
95 - 100
N° 8
2,36
80 - 100
N° 16
1,18
50 - 85
N° 30
0,60
25 - 60
N° 50
0,30
10 - 30
N° 100
0,15
2 - 10
Módulo de fineza o finura Además de los límites granulométricos indicados arriba, el agregado fino deberá tener un módulo de finura que no sea menor de 2,3 ni mayor de 3.1.Se utilizan cernidores calibrados para medir el grado de granulometría La figura 4, presenta curvas típicas de granulometría para arena, grava, arena y agregado combinado, así como los límites recomendados y las distribuciones típicas por tamaños
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Figura 4. Distribuciones recomendadas y típicas de tamaños de agregados naturales para mezclas de concreto. 1.5. ENSAYOS DE LABORATORIO PARA AGREGADO FINO - Equivalente de Arena. Con este ensayo podemos evaluar la limpieza y plasticidad de los agregados finos. El ensayo consiste en introducir una muestra de agregado en una probeta que contiene una solución floculante, se mezcla el agregado con la solución y se añade agua, dejando reposar el conjunto durante 20 minutos. Después de este tiempo se puede observar el agregado limpio en la parte inferior, en la zona intermedia las partículas contaminantes en suspensión y en la superficie el líquido relativamente limpio. Con la relación de alturas de estas zonas se determina el equivalente de arena. Se define como agregado muy contaminado el que tiene un Equivalente de Arena menor de 20 y como agregado muy limpio el que tiene un equivalente de arena mayor que 50. 7
Figura No. 2.7. Equivalente de Arena. Referencia Resultados de equivalentes de arena inferiores a 20 corresponden a agregados muy contaminados por partículas nocivas que, en general, no deben utilizarse en capas de firme; por el contrario, valores superiores a 50 reflejan un grado de limpieza suficiente para la mayor parte de las aplicaciones. Existe actualmente una tendencia al empleo del ensayo denominado azul de metileno, a fin de evaluar la actividad de las partículas contaminantes. Su aplicación ha de hacerse como complementaria del ensayo de equivalente de arena, pero nunca ha de admitirse como sustitutivo del mismo. - Coeficiente de Limpieza. Consiste en comparar dos granulometrías de una misma muestra de agregados, antes y después de un lavado y secado del material. Las distorsiones entre las dos curvas no deben superar unos determinados valores. - Límites de Atterberg. El índice de plasticidad es la diferencia entre los límites líquido y plástico obtenidos mediante dos ensayos, que consisten en determinar el porcentaje de humedad existente en la muestra a partir del cuál 8
esta cambia de estado, pasando del fluido al semisólido para el primer caso y del semisólido al sólido en el segundo caso. El ensayo para determinar el límite líquido se realiza mediante la cuchara de Casagrande y el ensayo del límite plástico se realiza fabricando unos cilindros de 3mm de diámetro. - Riedel-Weber. Un ensayo específico que se utiliza para evaluar la adhesividad del agregado fino con los ligantes asfálticos, es el procedimiento denominado Riedel-Weber: consiste en introducir el agregado envuelto por el ligante en diversas soluciones de carbonato sódico con concentraciones crecientes, observando cuál de ellas produce el desplazamiento del ligante.
1.6. REFERENCIAS NORMATIVAS DE ESPECIFICACIONES Y CALIDAD DE AGREGADOS -
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Norma Técnica Peruana NTP 400.011 (Definición) Norma Técnica Peruana NTP 400.011 1976 (Definición y Clasificación de agregados para uso en morteros y concretos) Norma Técnica Peruana NTP 400.037 2002 (Especificaciones normalizadas para agregados en hormigón) Norma Técnica Peruana NTP 400.012 2001 (AGREGADOS. Análisis granulométrico del agregado fino y grueso y global) Norma Técnica Peruana NTP 400.016 1999 (AGREGADOS. Determinación de la inalterabilidad de agregados por medio de sulfato de sodio o sulfato de magnesio) Norma Técnica Peruana NTP 400.017 1999 (AGREGADOS. Método de ensayo para determinar el peso unitario del agregado) ASTM C-295: Observación visual y análisis petrográfico. CRD C-119: Determinación de relaciones dimensionales por medio de calibradores (forma de las partículas). ASTM C-127, C-128: Determinación de la porosidad a partir de los pesos específicos real y aparente de las partículas. ASTM D-3: Determinación de la tenacidad a partir de cilindros de roca. CRD C-124: Calor específico, método de mezclas
1.7. CONCLUCIONES
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El agregado fino si bien no proporciona resistencia a la adherencia, sí tiene una gran importancia en la manejabilidad del concreto. La forma y textura del agregado fino afectan la cantidad de agua de mezclado requerida para un nivel de asentamiento dado y los efectos de diferentes agregados finos sobre la resistencia del concreto pueden ayudar a predecir sus efectos sobre el agua de mezclado y la relación agua-material cementante. Está enfocado en la incidencia de la forma y textura de los agregados finos en la manejabilidad del concreto. Para obtener un mismo nivel de asentamiento, las arenas angulares de forma rugosa requerirán más agua de mezclado en el concreto que un agregado fino redondeado y liso. Esto a su vez, afectará la relación agua-material cementante si el contenido de cementante se mantiene constante; o requerirá un ajuste en el contenido de cementante si una cierta relación de agua-material cementante es requerida. El concreto cada día se convierte en el material más utilizado a nivel mundial, por su extraordinaria facilidad para su colocación y moldeo, sus propiedades físicas y mecánicas lo han llevado en ser un material sólido para las estructuras. Todos estos beneficios que tiene el concreto también lo llevan a ser un material muy estudiado e investigado con el propósito de mejorar sus propiedades mecánicas. * Normalmente, el contenido de humedad del agregado fino fluctúa entre el 1% y el 10%. Este contenido de humedad se refiere solo al agua libre y tiene poco que ver con la porosidad o el factor de absorción de cada partícula del agregado. * La arena promedio. Para concreto tiene un rango de absorción del 0 al 2% por peso. %. Los agregados de concreto con gran porosidad y un elevado factor de absorción crean esfuerzos internos que reducen la durabilidad del concreto. * Si durante la descarga del concreto en la obra continuamente se añade agua para conservar el revenimiento, se reducirá la resistencia. En algunos casos, cuando el agregado continúa absorbiendo agua durante el proceso de acabado, se producen serios agrietamientos. Se puede asegurar la humedad adecuada colocando el agregado en pequeñas pilas juntas rociándolo con agua, mediante un aspersor giratorio de jardín, durante unas 72 horas antes de emplearlo.
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¨* Cuando se dispone de arena fina de albañilería, se puede mezclar con la arena gruesa del concreto para reducir en gran medida ese problema. Cuando no se dispone de arena fina, al emplear un agente incluso de aire conjuntamente con un agente reductor de agua, introducidos en la mezcla, mejorará notablemente su aceptabilidad. * En muchas áreas es difícil obtener arena de composición granulométrica ideal. La arena gruesa cuyo MF sea superior a 3.00 es aceptable en mezclas estándar más pobres del concertó común es ásperas bajo la llana, causa segregación y deja desagradables huellas en los muros.
1.7 BIBLIOGRAFÍA [1]JONES, R.C.; “Materiales de Construcción”. Sección 5. pp5.1-5.51, En: “Manual del Ingeniero Civil ”, MERRIT, F.S., (Editor). McGraw-Hill. México, 1984, 3 volúmenes. [2]PARRA Y ALFARO, J.L.; “Materiales utilizados como áridos”. Universidad Politécnica de Madrid. Madrid, 18 de marzo de 2003. Presentación en Power Point. [3]CALVO P., B.; “Introducción al curso Tecnología de áridos”. Cátedra ANEFA de Tecnología de áridos. Escuela Politécnica de Madrid. Madrid, 2005 – 2006. Presentación en Power Point. [4]UNAM; “Manual de tecnología del concreto”. Limusa. México, 1994. [5]”Los áridos (I)”. En: Edificación, año III, no. 27, Diciembre de 2003, pp3.. [6]SÁNCHEZ DG., D.; “ Tecnología del concreto y del mortero”. Biblioteca de la Construcción. Bhandar Editores Ltda. Santafé de Bogotá, 1993, pp65-108.
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